刮膜法制备聚合物太阳能电池的研究

【摘要】：聚合物体异质结太阳能电池具有制备成本低廉、器件轻柔、环境友好等特点,近年来得到了多方关注和长足发展。由于旋涂法与大面积制备不匹配以及材料浪费严重等问题,不适合用于实际生产之中;而刮膜法是一种与卷对卷技术兼容的、操作简单且材料耗损少的技术方法,因而与实际生产相接轨。因此,本文主要研究了刮膜法制备聚合物太阳能电池器件,并且针对同一材料体系(P3TI:fullerene derivative),系统地研究了两种不同成膜技术以及不同受体材料对器件光电性能的影响。针对旋涂法在实验中难以成膜而刮膜法成膜均匀的现象,实验以研究其活性溶液的物理化学性质为起点,对其固态薄膜的表面能、溶液表面张力和粘度进行了测试表征。研究表明,旋涂法所用活性溶液的表面张力和粘度大,使得刮膜法比旋涂法更容易获得均匀的活性层薄膜。同时发现,高沸点添加剂在阻止湿膜收缩和形成均匀薄膜方面起着重要作用。在溶液成膜过程中,实验采用原位监测的方法观测薄膜的干燥过程,并结合原子力显微镜表征薄膜形貌。结果表明,刮膜法所需干燥时间更长,增强了聚合物的结晶程度,使得相分离更加粗大,导致载流子复合增加、迁移率下降,因而器件效率也有所降低。刮膜法得到的P3TI:PC71BM器件获得了4.46%的效率,可与对应的旋涂法器件效率相比拟。这项工作,为刮膜法制备聚合物太阳能电池器件提供了有效地建议和解决方法。 【关键词】：聚合物太阳能电池 刮膜法 旋涂法 物化性质 干燥机制
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ317;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-19
• 1.1 引言7-9
• 1.2 聚合物太阳能电池概况9-13
• 1.2.1 聚合物太阳能电池的研究进展9
• 1.2.2 聚合物太阳能电池的工作原理9-12
• 1.2.3 聚合物太阳能电池的表征12-13
• 1.3 聚合物太阳能电池的制备方法13-17
• 1.3.1 旋涂法 (Spin coating)14-15
• 1.3.2 刮膜法 (Doctor blading)15-16
• 1.3.3 缝模涂布 (Slot-die coating)16-17
• 1.4 论文的研究目的和内容17-19
• 第二章 聚合物太阳能电池的制备及其表征19-32
• 2.1 聚合物太阳能电池材料的选取19-21
• 2.1.1 活性层材料19-20
• 2.1.2 界面材料20-21
• 2.1.3 电极材料21
• 2.2 活性层薄膜的刮膜法制备参数21-23
• 2.3 聚合物太阳能电池的制备流程23-24
• 2.4 实验所需材料与设备24-25
• 2.5 聚合物太阳电池的表征测试25-30
• 2.5.1 器件性能表征25-26
• 2.5.2 薄膜特性26-29
• 2.5.3 活性溶液性质29-30
• 2.6 实验规划设计与小结30-32
• 第三章刮膜法制备聚合物太阳能电池32-56
• 3.1 溶剂与添加剂的影响32-34
• 3.2 溶液物化性质34-39
• 3.3 成膜机制39-42
• 3.4 薄膜形貌分析42-44
• 3.5 器件光电性能44-53
• 3.5.1 刮膜温度的影响44
• 3.5.2 空气与氮气环境的影响44-46
• 3.5.3 电子传输层LiF的影响46-48
• 3.5.4 器件性能分析48-53
• 3.6 刮膜法制备大面积器件53-54
• 3.7 本章小结54-56
• 第四章 总结与展望56-59
• 4.1 总结56-57
• 4.2 论文创新点57
• 4.3 展望57-59
• 参考文献59-65
• 硕士期间的科研成果65-66
• 致谢66

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