基于聚噻吩的光伏太阳能电池研究

【摘要】：有机聚合物太阳能电池与传统的太阳能电池相比,由于其制作工艺简单、污染低、低成本、并且能够制作在柔性衬底上等优点引起太阳能电池研究者的广泛兴趣。本文以聚3-己氧基噻吩(P3HT)作为给体,富勒烯衍生物(ICBA)作为受体,制备了体异质结结构的聚合物太阳能电池,通过研究退火、电极修饰层和溶剂选择来提高该结构器件的能量转换效率和稳定性。本文的主要工作概括如下： 一、研究不同热退火条件对器件的光伏输出特性及稳定性的影响：研究发现采用多温度阶梯退火比单一温度退火能使器件的光伏输出性能明提高,与此同时器件的寿命显著延长,可以在未封装的环境下保持器件性能的稳定,减缓器件的衰退。 二、研究不同电极修饰层对该结构器件性能的影响：1)研究表明LiF作为阴极Al修饰层时,活性层表面易吸收Li+,这一吸收会导致LiF分子取向的重新排布,进而导致有机层和LiF界面处形成偶极矩,降低电极的功函数,提高了电子收集速率,但是LiF在退火后,Li+扩散到有机层厚度增加,破坏了有机层内的内建电场,鉴于聚氧化乙烯(PEO)作为阴极修饰层与LiF作用相同,为了阻止Li+的渗透,且不影响阴极功函数,设计制备了含有PEO/LiF/Al结构的器件,发现当PEO膜层的转速为2000rpm时,器件性能相比于阴极修饰层为LiF/Al的器件性能好,器件能量转化效率提升了30%;2)由于传统的阳极ITO修饰层PEDOT:PSS易吸收水分且本身的酸性对ITO具有腐蚀性,而鉴于文献报道,本研究采用MoO3作为修饰层,首先设计制备ITO/MoO3(X nm)/P3HT:ICBA(90nm)/Al结构的有机聚合物太阳能电池,同过修饰层MoO3厚度的优化研究,发现当修饰层MoO3厚度为15nm时,器件性能达到最大；其次对阴极修饰层LiF对ITO/MoO3(X nm)/P3HT:ICBA(90nm)/Al该结构的影响了做了初步的研究；最后研究发现MoO3经紫外臭氧(UVO)处理后器件性能有所提升,器件性能提升4.5%,其主要原因是MoO3经紫外臭氧(UVO)处理后表面粗糙度减少以及光透过率得到提高。 三、研究不同沸点溶剂对器件性能的影响：以DCB:CB(体积比1：1)混合溶剂制备不同厚度器件,研究表明当转速为600rpm时,器件PCE为3.55%,；对比混合溶剂DCB/CB和纯CB溶剂的器件性能,研究发现其紫外吸收光谱红移,IPCE光谱响应强度增加,且活性层表面粗糙程度降低。 【关键词】：有机太阳能电池 P3HT:ICBA 多温度阶梯退火 PEO MoO_3 紫外臭氧处理 混合溶剂
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-22
• 1.1 有机太阳能电池的研究背景及进展11-17
• 1.2 有机太阳能电池的基本原理17-19
• 1.2.1 有机太阳能电池的工作原理17-18
• 1.2.2 有机太阳能电池的主要表征参数及等效电路18-19
• 1.3 有机太阳能电池研究存在的主要问题19-20
• 1.4 本论文的研究内容和工作意义20-22
• 2 实验部分22-26
• 2.1 功能材料介绍22
• 2.2 实验材料22-23
• 2.3 有机太阳能电池的制备工艺23-24
• 2.3.1 ITO玻璃基片的清洗机处理23
• 2.3.2 器件制备设备和测试设备23-24
• 2.4 太阳能电池性能测试24-26
• 3 多温度阶梯退火对器件性能影响的研究26-37
• 3.1 引言26-27
• 3.2 单一温度退火对器件性能影响的研究27-30
• 3.2.1 同一时间不同温度下退火对器件性能影响的探索27-28
• 3.2.2 同一温度不同时间下退火对器件性能影响的探索28-30
• 3.3 多温度梯度退火对器件性能影响的研究30-36
• 3.3.1 多温度梯度退火对器件转换效率影响的研究30-32
• 3.3.2 多温度梯度退火对器件稳定性影响的研究32-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 电极修饰层对器件性能的影响37-45
• 4.1 引言37
• 4.2 PEO/LiF阴极修饰层对器件性能影响的研究37-38
• 4.3 MoO_3作为ITO阳极修饰层的初步探索38-44
• 4.3.1 ITO阳极修饰层MoO_3最佳厚度的研究39-41
• 4.3.2 阴极修饰层LiF的器件41-42
• 4.3.3 紫外臭氧(UVO)处理MoO_3影响的研究42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 5 混合溶剂混合对器件性能的影响45-50
• 5.1 引言45
• 5.2 器件的制备45-46
• 5.3 结果及分析46-49
• 5.3.1 器件光电性能分析46-47
• 5.3.2 同一厚度不同溶剂活性层的器件性能47-49
• 5.4 本章小结49-50
• 6 总结50-51
• 参考文献51-55
• 附录A55-56
• 附录B56-57
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果57-59
• 学位论文数据集59

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