三组分活性材料构成的有机异质结光伏电池研究

【摘要】： 有机聚合物光伏电池以其其质量轻,易制备成柔性器件,价格低等优点而引起了广泛关注。近年来在器件的性能方面也取得了很大的改进,基于本体异质结(BHJ)结构的器件的能量转换效率已经达到了5-6%。然而通常的BHJ结构中,给体高分子与受体材料之间不能够从空间上分离开来而使电荷二次聚集程度较高,这导致激子分离效率非常低(10%),而大大影响了器件性能的提高。本文设计了具有三组分活性层的BHJ有机光伏电池,有效的抑制了电荷的二次聚集,大大提高了器件的性能。这种三组分活性层包含给体高分子材料,受体材料,和空穴传输材料。空穴传输材料具有相对于给体高分子材料较低的电子最高占据轨道(HOMO)。这三种材料具有相互匹配的能级和良好的分相结构。其中,给体高分子材料占主要组分,是最主要的基体材料,受体材料和空穴传输材料占次要组分。由于这三种材料在热力学上的不相容性,它们彼此独立成相。受体材料和空穴传输材料分散在给体高分子相中,在空间上彼此分隔。这就形成一种有利于电荷传输的结构。电子受体材料作为电子的传输路径,而由于空穴传输材料具有比给体高分子材料较低的HOMO能级而作为空穴的传输路径。因此电子和空穴在空间上的传输路径有效的分离开来。这在很大程度上抑制了电荷的二次聚集,从而较好地提高了光伏器件的性能。本文基于PPE/PVK/C_(60),PPE/TPD/C_(60),和PPE/TPD/SWNTs三种三组分活性层制备了三组分BHJ有机光伏电池,比相对应的基于PPE/ C_(60),PPE/ C_(60),和PPE /SWNTs的双组分BHJ有机光伏电池性能提高将近1个数量级。 【关键词】：聚合物光伏电池 三组分器件 有机异质结
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 引言9-11
• 1.1.1 无机太阳能电池9-10
• 1.1.2 染料敏化纳米晶太阳能电池10
• 1.1.3 有机小分子太阳能电池10-11
• 1.1.4 聚合物太阳能电池11
• 1.2 有机光伏器件的研究现状、存在的问题11-12
• 1.3 有机光伏器件原理、参数12-16
• 1.3.1 原理12-13
• 1.3.2 两类重要的光伏器件体系13-15
• 1.3.3 器件结构15-16
• 1.4 主要参数16-17
• 1.5 我们研究的出发点17-18
• 1.6 问题的提出：三组分有机光伏电池的设计18-20
• 第二章 基于PPE、PVK 和C_(60)的三组分活性层的有机光伏电池20-31
• 2.1 实验部分20-21
• 2.1.1 原料与药品20
• 2.1.2 仪器20
• 2.1.3 测试20
• 2.1.4 光伏电池的制备20-21
• 2.2 结果与讨论21-30
• 2.2.1 基于PPE/PVK/C_(60)三组分活性层的有机光伏电池21-24
• 2.2.2 基于PPE/PVK/C_(60)三组分活性层有机光伏电池的性能24-26
• 2.2.3 基于PPE/PVK/C_(60)三组分活性层有机光伏电池的电压分析26-27
• 2.2.4 三组分活性层的微观形貌27-30
• 2.3 小结30-31
• 第三章 基于PPE、TPD、和C_(60)的三组分活性层的有机光伏电池31-40
• 3.1 实验部分31-32
• 3.1.1 原料与药品31
• 3.1.2 仪器31
• 3.1.3 光伏电池的制备与测试31-32
• 3.2 结果与讨论32-39
• 3.2.1 基于PPE/TPD/C_(60)的三组分活性层有机光伏电池32-34
• 3.2.2 基于PPE/TPD/C_(60)三组分活性层有机光伏电池的性能34-36
• 3.2.3 基于PPE/TPD/C_(60)三组分活性层有机光伏电池的电压分析36-37
• 3.2.4 对PPE/TPD/ C_(60)三组分活性层的中光电转换过程37-38
• 3.2.5 本文三组分体系与文献已报道的三组分体系的对比研究38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 基于PPE、TPD、和SWNTS 的三组分活性层的有机光伏电池40-49
• 4.1 实验部分40-42
• 4.1.1 原料与药品40-41
• 4.1.2 仪器41
• 4.1.3 光伏电池的制备与测试41-42
• 4.2 结果与讨论42-47
• 4.2.1 基于PPE/TPD/ SWNTs 的三组分活性层有机光伏电池42-44
• 4.2.2 基于PPE/TPD/SWNTs 三组分活性层有机光伏电池的性能44-45
• 4.2.3 基于PPE/TPD/ SWNTs 三组分活性层有机光伏电池的电压分析45-47
• 4.2.4 对PPE/TPD/SWNTs 三组分活性层的中光电转换过程47
• 4.3 本章小结47-49
• 第五章 全文结论及展望49-51
• 5.1 全文结论49-50
• 5.2 本工作的进一步展望50-51
• 参考文献51-54
• 发表论文和科研情况说明54-55
• 致谢55-56

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