活性层掺杂技术对提高基于P3HT/PCBM有机聚合物太阳能电池性能的研究

【摘要】：有机太阳能电池因其成本低、质量轻、柔性好、可印刷等潜在优点而成为一种被广泛研究的太阳能转换器件。有机聚合物太阳能电池的活性层材料通常配制成溶液,通过匀胶甩胶、喷墨打印等方法制备成膜,当选用柔性衬底时,还可以制备成塑料薄膜产品,在生产生活之中有着广泛的实用价值。然而,要想使有机聚合物太阳能产品实现商业化投产,其器件的光电转化效率还有待于进一步提高。本文介绍了有机聚合物太阳能电池的发展历史、工作原理、性能表征和具体的制作工艺方法,通过在基于P3HT/PCBM的活性层材料内掺杂正十二硫醇添加剂、1-溴-4-硝基苯荧光淬灭剂以及在添加1,8-二碘辛烷的基础上再次加入1-溴-4-硝基苯荧光淬灭剂,研究了这些掺杂方法对有机聚合物太阳能电池性能的影响。本文的主要研究工作如下:(1)研究了正十二硫醇的添加对基于P3HT/PCBM为活性层的有机聚合物太阳能电池性能的影响。通过比较不同掺杂条件下有机聚合物太阳能电池所表现的特性,我们发现当正十二硫醇的添加量为1 vol%时,器件的光电性能最佳,其能量转化效率从2.2%提高到3.1%。通过对实验结果的分析,正十二硫醇的添加不但增强了活性层材料的光吸收强度,而且改善了活性层薄膜的形貌,促进了激子的分离和传输。最后得出:在活性层内掺杂适量的正十二硫醇能够提高有机聚合物太阳能电池的光电转换效率。(2)研究了硝基苯的一种固态衍生物1-溴-4-硝基苯的添加对基于P3HT/PCBM为活性层的有机聚合物太阳能电池性能的影响。通过在P3HT/PCBM活性层内掺杂一种硝基苯的衍生物1-溴-4-硝基苯,同样发现有机聚合物太阳能电池的性能得到很大的改善,当1-溴-4-硝基苯的添加量为25 wt%时,有机聚合物太阳能电池的性能最优,效率从2.2%提高到3.4%。除了对不同条件下器件的性能参数、吸收光谱、外量子效率、荧光强度和形貌的表征,还对瞬态吸收和动力学过程、XRD图谱进行了分析,做了泛密度函数(DFT)的运算。进一步表明,能量转换效率的提高,本质上是因为1-溴-4-硝基苯和聚合物P3HT形成了一种电子转移配合物,加快了激子的解离,减弱了荧光的产生,最终提高了有机聚合物太阳能电池的光电转化效率。(3)最后,我们研究了在添加3 vol%的1,8-二碘辛烷的基础上,再添加不同量的1-溴-4-硝基苯,研究了两者的共掺杂对有机聚合物太阳能电池性能的影响。这是由于单纯掺杂1-溴-4-硝基苯时,我们发现电池的活性层形貌并未有所改善,而1,8-二碘辛烷对有机聚合物太阳能电池的活性层形貌有很好的改善作用。最后得出:在添加3 vol%的1,8-二碘辛烷基础上,再添加30 wt%的1-溴-4-硝基苯时,有机聚合物太阳能电池的性能最佳,能量转化效率从3.0%提高到4.1%。 【关键词】：有机聚合物太阳能电池 能量转化效率 正十二硫醇 1-溴-4-硝基苯1 8-二碘辛烷
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 前言11-12
• 1.2 有机聚合物太阳能电池的发展历史12-13
• 1.3 有机聚合物太阳能电池的工作原理13-16
• 1.3.1 有机聚合物太阳能电池的工作原理13-14
• 1.3.2 有机聚合物太阳能电池的性能表征14-16
• 1.3.3 有机聚合物太阳电池的测量条件16
• 1.4 有机聚合物太阳能电池的性能优化思路16-18
• 1.5 论文的研究内容18-20
• 第2章 正十二硫醇的活性层掺杂对提高有机聚合物太阳能电池性能的研究20-26
• 2.1 引言20
• 2.2 器件制备20-22
• 2.3 结果及讨论22-25
• 2.4 小结25-26
• 第3章 1-溴4硝基苯的活性层掺杂对提高有机聚合物太阳能电池性能的研究26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 器件制备26-27
• 3.3 结果及讨论27-36
• 3.4 小结36-37
• 第4章 1-溴4硝基苯和 1,8-二碘辛烷在活性层内的共掺杂对提高有机聚合物太阳能电池性能的研究37-43
• 4.1 引言37
• 4.2 器件制备37-38
• 4.3 结果及讨论38-42
• 4.4 小结42-43
• 结束语43-44
• 参考文献44-48
• 致谢48-49
• 攻读学位期间取得的科研成果49

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