溶剂添加剂对聚合物太阳能电池性能影响的研究

【摘要】：本文通过在制备聚合物太阳能电池的功能层溶液中添加少量高沸点的溶剂添加剂,使功能层薄膜给/受体材料之间形成更好的互穿网络结构,改善功能层薄膜的形貌,减少给/受体界面的陷阱和器件中由陷阱诱导的载流子复合,进而提高载流子的迁移率,最终提高器件的光伏性能。研究工作分为三个部分：(1)在P3HT:ICBA功能层溶液中分别添加体积比为3%的4-bromoanisole (BrAni)溶液和3%的1-chloronaphthalene (CN)溶液,分析不同的添加剂对P3HT：ICBA聚合物太阳能电池性能的影响。(2)在PCDTBT:PCBM功能层溶液中添加体积比为1.5%、3%、4.5%的1,8-diiodooctane(DIO)溶液,并分析功能层溶液中添加不同体积比的DIO溶液对PCDTBT:PCBM聚合物光伏器件性能的影响。(3)为了更加直观的说明添加剂对聚合物太阳能电池性能的影响,我们分别对上述功能层薄膜或者光伏器件进行了紫外可见-吸收光谱(UV-VIS absorption spectra)、外量子效率(EQE)、表面形貌(AFM)、理想因子(Ideality Factor)、瞬态光电流(TPC)等多种测试和表征。得出如下实验结论： (1)在P3HT:ICBA体异质结聚合物太阳能电池的功能层溶液中添加体积比为3%BrAni溶液和3%CN溶液,通过测试器件的J-V特性,我们发现这两种添加剂都能够改善器件的光伏性能,功能层溶液中添加了3%BrAni溶液和3%CN溶液的器件的光电转换效率分别提高了10%和30%。 (2)在PCDTBT:PCBM体异质结聚合物太阳能电池的功能层溶液中分别添加体积比为1.5%、3%、4.5%的DIO溶液,通过测试器件的J-V特性,我们发现当功能层溶液中添加3%DIO溶液时,器件的光伏性能达到最优。 (3)通过测试功能层薄膜的吸收光谱,表面形貌和器件的外量子效率、理想因子、瞬态光电流,我们认为少量的添加剂能够改善功能层薄膜的形貌,减少功能层薄膜给／受体界面的陷阱和器件中由陷阱诱导的载流子复合,提高载流子迁移率,进而改善器件的光伏性能。 本文主要研究了溶剂添加剂对体异质结聚合物太阳能电池性能的影响,我们从不同的添加剂和同种添加剂的不同添加体积比两方面做了实验分析,最终得出了添加剂在聚合物太阳能电池中的具体作用过程及机理。 【关键词】：聚合物太阳能电池 添加剂 P3HT:ICBA PCDTBT:PCBM 形貌 复合
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序言9-11
• 目录11-13
• 1 绪论13-22
• 1.1 聚合物太阳能电池的研究背景13
• 1.2 太阳能电池的分类13-16
• 1.2.1 晶体硅太阳能电池14
• 1.2.2 无机化合物太阳能电池14
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池14-15
• 1.2.4 钙钛矿太阳能电池15-16
• 1.2.5 聚合物太阳能电池16
• 1.3 聚合物太阳能电池的工作原理16-18
• 1.4 聚合物太阳能电池的性能参数18
• 1.5 聚合物太阳能电池的材料18-22
• 2 不同的添加剂对P3HT：ICBA器件光伏性能的影响22-38
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验材料23
• 2.3 P3HT：ICBA器件的制备工艺23-24
• 2.4 不同的给/受体质量对P3HT：ICBA器件性能的影响24-25
• 2.5 不同的退火温度对P3HT：ICBA器件性能的影响25-26
• 2.6 不同的阳极修饰层厚度对P3HT：ICBA器件性能的影响26-27
• 2.7 不同的添加剂对P3HT：ICBA器件性能的影响27-28
• 2.8 聚合物太阳能电池的表征方法28-37
• 2.8.1 不同的添加剂对P3HT：ICBA功能层薄膜吸收光谱的影响28-29
• 2.8.2 不同的添加剂对P3HT：ICBA器件外量子效率的影响29-30
• 2.8.3 不同的添加剂对P3HT：ICBA功能层薄膜形貌的影响30-31
• 2.8.4 不同的添加剂对P3HT：ICBA器件理想因子的影响31-33
• 2.8.5 不同的添加剂对P3HT：ICBA器件瞬态光电流的影响33-37
• 2.9 本章总结37-38
• 3 DIO的体积比对PCDTBT：PCBM器件性能的影响38-48
• 3.1 引言38
• 3.2 PCDTBT：PCBM器件的制备工艺38-39
• 3.3 不同的给/受体比例对PCDTBT：PCBM器件性能的影响39-40
• 3.4 功能层薄膜的厚度对PCDTBT：PCBM器件性能的影响40-41
• 3.5 DIO的体积比对PCDTBT：PCBM器件性能的影响41-42
• 3.6 PCDTBT：PCBM器件的表征方法42-47
• 3.6.1 DIO的体积比对PCDTBT：PCBM功能层薄膜吸收光谱的影响42-43
• 3.6.2 DIO的体积比对PCDTBT：PCBM器件外量子效率的影响43-44
• 3.6.3 DIO的体积比对PCDTBT：PCBM器件理想因子的影响44-45
• 3.6.4 DIO的体积比对PCDTBT：PCBM器件瞬态光电流的影响45-47
• 3.7 本章小结47-48
• 4 结论48-49
• 参考文献49-53
• 作者简介及攻读硕士学位期间取得的研究成果53-55
• 学位论文数据集5

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