基于新型光电聚合物的光伏性能研究及器件制备

【摘要】： 随着现代工业的发展,能源危机和大气污染问题日益严重。利用光伏原理制作的光伏电池作为理想清洁能源受到越来越多的重视。在这之中,有机/聚合物光伏电池正得到越来越多的关注和研究。与传统的无机光伏电池相比,有机/聚合物光伏电池具有大的p共轭体系,宽的p—p~*能带隙,成本低、质量轻等优点。但是,仍然存在一些缺点,如有机/聚合物光伏器件的物理机制、原理尚未成熟,器件效率较低、寿命短、不稳定等,因此,有机光伏电池目前还处在实验室研究阶段。 本论文研究了两种新型有机/聚合物聚1,4二(1-氰基)乙烯基撑苯撑,3,7-N-辛基-吩噻嗪撑(PQP)和聚1,4二乙烯基撑苯撑3,7-N-辛基-吩噻嗪撑(PQB)的光伏性能。主要针对PQB系列光伏器件进行研究。研究发现,ITO/PQB/Al和ITO/PQB/CuPc/Al器件在白光LED照射下表现有出光伏响应,开路电压分别为0.37V和0.48 V,短路电流分别为0.024 mA/cm~2和0.25 mA/cm~2。开路电压的提高表明双层器件中,开路电压不仅与两电极功函数之差有关,还受施主和受主材料能级结构的影响。短路电流的增加表明了双层器件中有效的电荷传输过程。通过比较器件在紫外可见区域的光电流谱和吸收光谱可知,激子能够在双层器件中更有效地解离并传输到达两电极形成光电流。 PQB-CuPc正反结构双层器件性能比较中,与CuPc/PQB反向结构相比,PQB/CuPc正向结构获得了更好的曲线形状。PQB/CuPc正向结构器件的短路电流为0.065 mA/cm~2,填充因子达到0.3,短路电流和填充因子均高于反向结构。在PQB-Alq_3的正反结构研究中得到了类似的变化趋势。此结果表明,PQB做施主、小分子材料CuPc、Alq_3做受主,是有利于激子解离后载流子的传输的。两种结构V_(oc)极性相同可能是由于器件内部其他界面附近还存在激子分离有关。不同的短路电流可能是由材料对电子和空穴的传输能力不同导致的。 此外,将PEDOT-PSS和LiF层引入到ITO/PQB/CuPc/Al中分别作为阳极和阴极的修饰层。由于PEDOT-PSS的功函数(5.1 eV)高于ITO的功函数,所以有利于空穴朝ITO的注入和收集,并且可以光滑ITO表面,减小漏电,提高短路电流,使器件的并联电阻有所提高;LiF可以在有机层和Al电极层之间形成一个与内建电势同向的偶极层,相当于降低了阴极的功函数,提高器件的内建电势和开路电压。 最后,实验进一步测试了在不同光强下PQB/CuPc系列器件光伏特性参数的变化情况,初步分析了光强对器件光伏性能的影响。 【关键词】：聚1 4二(1-氰基)乙烯基撑苯撑 3 7-N-辛基-吩噻嗪撑 聚1 4二乙烯基撑苯撑3 7-N-辛基-吩噻嗪撑 光伏响应 光电流谱 开路电压 短路电流 填充因子
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TN29
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 1 引言12-17
• 1.1 有机/聚合物光伏电池发展简史12-13
• 1.2 研究目的意义13
• 1.3 论文安排13
• 1.4 有机光伏作用原理与表征13-17
• 1.4.1 有机光伏作用原理14
• 1.4.2 有机光伏性能表征14-15
• 1.4.3 有机光伏电池的等效电路15-17
• 2 有机/聚合物光伏器件的分类和研究进况17-27
• 2.1 有机聚合物光伏材料17-18
• 2.1.1 共轭聚合物材料17
• 2.1.2 有机小分子材料17-18
• 2.1.3 可呈液晶相的盘状分子材料18
• 2.2 有机/聚合物光伏器件结构18-21
• 2.2.1 单层结构18
• 2.2.2 双层结构18-19
• 2.2.3 本体异质结结构19-20
• 2.2.4 有机无机混合结构20-21
• 2.2.5 扩散双层异质结结构21
• 2.3 影响V_(oc)、I_(sc)、FF的因素21-23
• 2.4 提高器件性能的方法23-26
• 2.4.1 增大光吸收23-24
• 2.4.2 材料微观结构的改善24
• 2.4.3 器件工艺的改善24-25
• 2.4.4 电极的修饰25-26
• 2.5 小结与展望26-27
• 3 实验技术27-32
• 3.1 实验材料及设备27-29
• 3.2 器件制备及测试手段29-32
• 4 材料性能表征32-37
• 4.1 PQB、PQP、PTCDI-C_(13)、CuPc及Alq_3的光吸收特性32-33
• 4.2 PQP、PQB材料的HOMO/LUMO能级33-37
• 5 基于新型光电聚合物PQP器件的光伏性能研究37-41
• 5.1 单层PQP器件光伏特性37-38
• 5.2 PQP/PTCDI-C_(13)双层器件光伏特性38-41
• 6 基于新型光电聚合物PQB器件的光伏性能研究41-50
• 6.1 单层PQB器件光伏特性41-42
• 6.2 PQB/PTCDI-C_(13)双层器件光伏特性42-44
• 6.3 PQB/CuPc双层器件光伏特性44-45
• 6.4 PQB单层及PQB/CuPc双层器件光电流谱研究45-47
• 6.5 PQB-CuPc、PQB-Alg_3正反结构性能比较47-50
• 7 电极修饰层和光强对器件性能影响的初步探讨50-59
• 7.1 电极修饰层对器件光伏性能的影响50-55
• 7.2 光强对器件V_(oc)、J_(sc)和FF的影响55-59
• 8 结论59-60
• 参考文献60-64
• 作者简历64-66
• 学位论文数据集66

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