利用添加剂提高有机光伏电池性能及稳定性

【摘要】：近年来,有机太阳能电池(OSC)作为一种绿色无污染的可再生的清洁能源引起了人们的极大关注。与无机太阳能电池相比,有机太阳能电池具有成本低,重量轻,可大面积柔性制备等特点。高效率和高稳定性是衡量有机光伏电池的两个重要指标。因此,如何提高有机太阳能电池的光电转换效率和稳定性是当前有机太阳能电池的研究热点。针对这些问题,本论文主要做的工作如下: 1.制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al有机太阳能电池器件。其中,PEDOT:PSS为阳极修饰层,P3HT:PCBM为活性层。研究了不同热处理条件、不同溶剂配比以及不同旋涂转速对光伏器件性能的影响。结果表明:太阳能电池活性层的微观形貌对电池的性能影响明显。合适的热处理温度及时间会优化活性层薄膜的形貌,会使活性层材料的分子更加有序的排列,从而形成合适的相分离及良好的互穿网络;有利于激子的解离以及电荷的传输,增加电池器件的短路电流,提高电池器件的填充因子及光电转换效率。由于给体受体材料的比例不同,活性层对光的吸收和相分离都会受到影响。器件性能如开路电压和短路电流的大小因此受到活性层混合膜中给受体材料的比例的影响。不同的旋涂转速会影响到活性层的厚度,而活性层的厚度会直接影响到活性层对光子的吸收、激子的产生以及给、受体界面的大小,从而影响到有机光伏器件的性能。经过优化得到了有机光伏电池的制备工艺条件:160 oC下退火处理30分钟,活性层旋涂转速为600rpm,P3HT: PCBM质量比为1 : 0.8。 2.制备了结构为ITO/ PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:对苯二酚/LiF/Al的有机太阳能电池器件。考察了不同质量分数的添加剂对器件性能的影响。其中对苯二酚的质量分数分别为0.1%、0.2%、0.4%、0.5%、0.7%。结果表明,当添加对苯二酚质量分数为0.2%时,在100mW/cm2的照射光强下,器件的光电转换效率(PCE),短路电流(Jsc),开路电压(Voc)和填充因子(FF)分别从3.39%、11.05 mA/cm2、0.61V、50.29%提高到了4.58%、12.45mA/cm2、0.65V、56.60%。与参比器件相比,使用对苯二酚作为活性层添加剂的器件的光电转换效率提高了35%,其寿命提高了大约5倍。采用紫外可见吸收光谱(UV-vis)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等手段对活性层进行了表征。结果表明:对苯二酚作为添加剂加入到P3HT:PCBM活性层中会诱导P3HT的结晶使得光伏器件的性能得到显著提高。由此我们可以预测:对苯二酚是一种很有希望的新型添加剂。 3.制备了结构为ITO/ PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:cdg-24/LiF/Al的器件,考察了不同质量分数的添加剂cdg-24对器件性能的影响。结果表明,加入添加剂cdg-24后器件的电流得到了一定的提高,但是其他的性能却有一定的降低。进一步的研究还在进行中,初步的实验结果为后续进一步改进共轭小分子的合成提供了指导。 【关键词】：有机太阳能电池 工艺条件 添加剂 活性层 对苯二酚
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究的背景与意义10-11
• 1.2 有机太阳能电池研究进展11
• 1.3 有机太阳能电池简介11-19
• 1.3.1 太阳能电池的基本原理11-12
• 1.3.2 太阳能电池主要器件结构12-14
• 1.3.3 太阳能电池的伏安特性曲线及相关特性参数14-16
• 1.3.4 有机太阳能电池的等效电路16-17
• 1.3.5 有机太阳能电池的材料17-18
• 1.3.6 有机太阳能电池的稳定性18-19
• 1.4 本论文的主要工作19-20
• 第二章 不同工艺条件对有机太阳能电池器件性能的影响20-28
• 2.1 前言20-21
• 2.1.1 工艺条件对器件性能影响的理论分析20
• 2.1.2 影响太阳能电池器件性能的工艺条件及研究历程20-21
• 2.2 实验部分21-22
• 2.2.1 药品与试剂21
• 2.2.2 所用仪器21
• 2.2.3 太阳能电池器件的制备过程21-22
• 2.3 结果与讨论22-26
• 2.3.1 不同退火条件对器件性能的影响22-24
• 2.3.2 活性层给受体比例对器件性能的影响24-25
• 2.3.3 活性层旋涂成膜转速对器件性能的影响25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 以对苯二酚作为活性层添加剂的三组分有机光伏电池28-36
• 3.1 前言28
• 3.2 实验部分28-30
• 3.2.1 药品与试剂28-29
• 3.2.2 太阳能电池器件的制备过程29-30
• 3.2.3 太阳能电池器件的测试仪器30
• 3.3 结果与讨论30-34
• 3.3.1 不同活性层添加剂浓度器件的J-V 曲线测试30-31
• 3.3.2 加入添加剂后对器件寿命的影响31-32
• 3.3.3 加入添加剂前后活性层薄膜对光谱吸收的变化32
• 3.3.4 加入添加剂前后活性层薄膜的XRD 分析32-33
• 3.3.5 加入添加剂前后活性层薄膜的扫描电镜（SEM）分析33-34
• 3.3.6 加入添加剂前后活性层薄膜的原子力显微镜（AFM）分析34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 以有机小分子作为活性层添加剂的探索36-43
• 4.1 前言36
• 4.2 实验部分36-38
• 4.2.1 所用药品36-37
• 4.2.2 所用仪器与设备37
• 4.2.3 太阳能电池器件的制备工艺37-38
• 4.2.4 太阳能电池器件的测试仪器38
• 4.3 结果与讨论38-42
• 4.3.1 加入小分子添加剂前后活性层薄膜对光谱吸收的变化38
• 4.3.2 不同活性层添加剂浓度器件的J-V 曲线测试38-41
• 4.3.3 加入添加剂前后活性层薄膜的XRD 分析41-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第五章 全文总结及展望43-45
• 5.1 全文总结43-44
• 5.2 存在的问题以及进一步工作的设想44-45
• 5.2.1 存在的问题44
• 5.2.2 进一步工作的设想44-45
• 参考文献45-53
• 发表论文和科研情况说明53-54
• 致谢54-55

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

有机太阳能电池材料的研究进展    段晓菲,王金亮,毛景,裴坚

影响共混结构聚合物光电池性能的因素    於黄忠;彭俊彪;

聚合物太阳能电池研究进展    何杰;苏忠集;向丽;王剑;汪映寒;

聚合物太阳能电池研究进展    黎立桂;鲁广昊;杨小牛;周恩乐;

有机太阳能电池研究近况    赵文甲;司晶星;

薄膜太阳电池研究综述    蔺旭鹏;强颖怀;肖裕鹏;徐明磊;

有机光电材料与有机光电器件    苑嗣纯;葛兴;赵建庄;

有机太阳能电池研究进展    任斌;赖树明;陈卫;黄河;

苯并咪唑类光电功能配合物的研究进展    张蓉;李锦堂;傅翠梨;罗学涛;

塑料太阳能电池的研究现状与进展    邓姝皓;刘丹;王之顺;熊依林;李洪飞;

有机薄膜太阳能电池发展探究    邢晓坤;

量子点太阳电池的探索    彭英才;傅广生;

第二讲:太阳电池    王健强;

阴极材料对有机太阳电池性能的影响    木丽萍;谢勇;段卓琪;郑晓虹;

PEDOT:PSS薄膜的掺杂改性及其在有机太阳能电池中的应用研究    李蛟

窄带隙共轭聚合物的制备与光伏性能研究    邓丹

丙二腈取代烷基喹吖啶酮化合物的合成、结构与光伏特性研究    周天雷

可溶性含钌配合物和空穴传输基团聚酰亚胺光伏材料的合成与表征    王艳荣

基于导电聚合物的可见光催化剂的制备及其降解污染物的性能    廖高祖

聚合物太阳能电池中光吸收增强效应的研究    李国龙

新型结构异质结太阳能电池的研究    沈亮

聚合物太阳能电池机理及实验研究    李卫民

三苯胺类光敏染料用于染料敏化太阳能电池的研究    裴娟

三维有机π-共轭体系的构筑及其在光电领域的应用    罗佳

两种含联吡啶配体单体的合成及其聚合反应尝试    杜昆鹏

含噻吩和噻唑基元的共轭聚合物的合成和光伏性能研究    国霞

含8-羟基喹啉的聚合金属配合物的合成及其光伏性能    肖丽芬

聚合物光伏器件和染料敏化太阳能电池柔性对电极的制备与研究    黄辉

含8-羟基喹啉/苯并咪唑聚合金属配合物的合成及光伏性能研究    刘源

染料敏化太阳能电池光阳极和对电极的研究    冯小明

含3，4-乙烯二氧噻吩共轭聚合物与三苯胺基染料的合成及光伏性能研究    田宗芳

有机小分子太阳电池阴极修饰的研究    李方馨

提高有机太阳电池中空穴输出效率方法的研究    孟庆蕾

基于苯并双噻吩和芳香酰亚胺共轭聚合物的合成与性能    陈健

太阳能电池用联吡啶铼光敏染料研究    孙世国,彭孝军,徐勇前,时磊,孙立成

有机太阳能电池材料的研究进展    段晓菲,王金亮,毛景,裴坚

太阳能电池的新进展    黄宝圣

高效率聚合物薄膜太阳能电池    史素姣,钟江帆,姜志宏,刘明大

聚合物光诱导电荷转移光电池的研究进展    邓先宇,俞钢,曹镛

有机p-n异质结固态太阳能电池中的激子和载流子输运    黄颂羽,邓慧华,蓝闽波,陆祖宏

新型C_(60)衍生物的合成及其太阳能电池性能    郑立平,周清梅,王飞,邓先宇,俞刚,曹镛,宁滨,郭志新

C_(60)衍生物的光电导性能研究    李凤英,徐菊华,李玉良,范楼珍,任德原,朱道本

聚丙烯酸电解质准固态染料敏化TiO_2太阳能电池    魏月琳,黄昀昉,吴季怀,郝三存

染料敏化纳米ZnO薄膜太阳电池机理初探    曾隆月,戴松元,王孔嘉,史成武,孔凡太,胡林华,潘旭

超薄柔性太阳能电池    于夫;

加拿大国家研究理事会研究开发有机太阳能电池    

加拿大国家研究理事会研究开发有机太阳能电池    

有机太阳能电池效率提高至6.5%    

有机太阳能电池理论转换效率接近100%    叶子;

综研化学和神户大学开发出p型半导体P3HT的新合成法,可用于有机太阳能电池    郑冬冬;

有机太阳能电池研究进展    林鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王丽

德国有机太阳能电池转化效率破世界记录    

德国有机太阳能电池转化效率破世界记录    

有机太阳能电池有望商品化    田禾;

多步梯度掺杂对有机光伏电池性能的影响    陈琳;汤砚蔚;初增泽;邹德春;

有机光伏电池中的界面效应研究    魏怀鑫;李艳青;唐建新;

采用PEO为阴极修饰层提高有机太阳能电池的稳定性    田慧;徐昊;杨利营;印寿根;

基于一维氧化锌有序阵列的有机光伏电池的制备    冯奕钰;封伟;

可溶性小分子有机太阳能电池    范斌;田清勇;白华;

基于碳纳米管纤维的有机太阳能电池    陈涛;仰志斌;彭慧胜;

基于取向碳纳米管膜的柔性有机太阳能电池    仰志斌;陈涛;何瑞旋;彭慧胜;

柔性及叠层薄膜有机太阳能电池研究    马廷丽;

各向同性/异性的苯并二噻吩类有机共轭小分子光物理性质理论研究    雍雪;张景萍;

9-(二辛基甲基)-2,7-咔唑-alt-5,7-(二噻吩-2基)-2,3-二苯基噻吩并[3,4-b]吡嗪共聚衍生物的合成及其光伏性能研究    李健民;谭华;聂凯旋;黄颖;王亚飞;邓先平;姜鹏程;刘煜;朱卫国;

美评估有机太阳能电池对环境的影响    记者 毛黎

美国研发可拉伸有机太阳能电池    蔡佳

德支持企业开发有机太阳能电池    记者 顾钢

有机太阳能电池既可自组装又能自我修复    刘霞

叠层型有机太阳能电池接近商用    记者 邰举

触摸未来电子生活    张德强 高裕弟 刘嵩

光能转换为电能的光电塑料技术    

已在发电效率上取得重要进展    记者 冯海波 通讯员 龚华萍

2007年世界科技发展回顾(七)    本版编辑张浩 郑晓春 邓国庆 毛黎 何屹 顾钢 何永晋

世界各国加快太阳能应用    刘林森

有机太阳能电池电学模型与数值研究    马朝柱

有机太阳能电池中的光物理过程研究    陈向东

基于聚合物的有机太阳能电池的研制与表征    乔芬

有机光伏电池中金属纳米结构的表面等离激元效应研究    朱锦锋

过渡金属（铼、钌）配合物光电功能材料与器件    傅春艳

基于铱配合物有机光电子器件的研究    杨栋芳

以NiO为空穴传输层的有机光伏电池的研究    孙南海

有机聚合物体异质结太阳能电池：分子结构，表面形貌与新型器件结构    周印华

电沉积制备聚噻吩有序微结构及有机太阳能电池    于伟利

有机光伏二极管的光电子性能研究    张光

利用添加剂提高有机光伏电池性能及稳定性    姚聪

新型结构有机光伏电池的性能研究    吴京京

有机光伏电池的界面电子结构研究    魏怀鑫

有机光伏电池中新型供体材料及电池性能的研究    尹斌

基于三元体系混合物有机太阳能电池的研究    范学东

基于酞菁类金属配合物的有机太阳能电池研究    杨汀

聚合物和小分子有机太阳能电池的制备和表征    闫鹏

银纳米颗粒表面等离子体增强有机太阳能电池研究    周子游

聚合物有机太阳能电池器件的性能研究    李占峰

体异质结有机太阳能电池光电性能的研究    刘峰