活性层修饰对P3HT：PCBM基聚合物太阳能电池性能的影响

【摘要】：有机太阳能电池具有重量轻、可制备柔性电池器件、制备工艺简单、成本低廉等众多优点；越来越多的研究人员以及企业看到了这种电池的巨大发展前景，纷纷对其进行研究。这种类型的电池器件在短短的三十年里已经从最初的不到0.1%提高到现在的12.6%，并且高效率的电池器件不断涌现。这些都预示着有机太阳能电池在不久的将来可以很好的服务于人们的生产生活。 聚(3-己基噻吩) poly(3-hexylthiophene)(P3HT)和C60的衍生物[6,6]-phenylC60-butyric acid methyl eater (PCBM)分别作为电子给体和电子受体材料的聚合物体异质结太阳能电池是目前研究最广泛的聚合物太阳能电池。在本论文中我们将以基于P3HT：PCBM的聚合物太阳能电池为主要研究对象，研究提高短路电流密度和填充因子的方法，达到优化器件性能的目的。第二章中，我们研究了在空穴传输层PEDOT：PSS上旋涂一层P3HT层后器件的性能变化规律。通过合理的调整P3HT层的厚度，达到最大限度的改善活性层内P3HT和PCBM在垂直方向的相分离程度，提高活性层对光的吸收以及空穴传输速率，进而提高器件能量转换效率，优化器件性能的目的。实验得出当P3HT层厚度为45nm时，器件的性能最佳，能量转换效率PCE达到3.94%，短路电流密度J_(sc)=11.27mA/cm~2。第三章中，我们在活性层内部掺杂一定比例的Ag纳米粒子，增加活性层内部对光的反射，提高活性层对光的吸收，制备出了高效的聚合物太阳能电池。经过多次实验证明，当Ag纳米粒子的掺杂比例为5%时，器件的短路电流密度最大J_(sc)=12.0mA/cm~2，器件的转换效率为3.9%。最后一章中，我们研究了不同的双组分溶剂对于聚合物太阳能电池器件性能的影响。实验发现，1,2,4-三氯苯减缓了溶剂挥发的速率，器件内的聚合物分子排列有序性增加，活性层内聚合物的相分离程度达到合适的水平，提高活性层对光的吸收以及载流子的迁移率，进而提高了器件的短路电流密度和填充因子，优化了器件的性能。 【关键词】：活性层修饰 P3HT层 Ag纳米粒子 双组分溶剂 短路电流密度 填充因子
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 有机太阳能电池综述9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 有机太阳能电池的工作原理10-14
• 1.2.1 有机太阳能电池工作原理10-11
• 1.2.2 有机太阳能电池的等效电路11-12
• 1.2.3 有机太阳能电池的伏安特性12-14
• 1.2.4 有机太阳能电池的光谱响应特性14
• 1.3 有机太阳能电池的研究现状14-18
• 1.3.1 修饰层的插入对有机太阳能电池性能的影响14-15
• 1.3.2 纳米粒子的掺杂对有机太阳能电池性能的影响15-17
• 1.3.3 添加剂对于有机太阳能电池性能的影响17-18
• 1.4 本论文的研究内容18-19
• 第2章 P3HT 层的插入对 P3HT：PCBM 聚合物太阳能电池性能的影响19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 器件的制备和性能测试19-21
• 2.2.1 器件的制备19-21
• 2.2.2 器件的性能测试21
• 2.3 实验结果分析21-24
• 2.4 结论24-25
• 第3章 银纳米粒子的掺杂对 P3HT：PCBM 聚合物太阳能电池性能的影响25-32
• 3.1 引言25-26
• 3.2 器件的制备和性能测试26-27
• 3.2.1 器件的制备26-27
• 3.2.2 器件的性能测试27
• 3.3 实验结果分析27-30
• 3.4 结论30-32
• 第4章 双组分溶剂对 P3HT：PCBM 聚合物太阳能电池性能的影响32-42
• 4.1 引言32
• 4.2 器件的制备32-34
• 4.2.1 器件的制备33-34
• 4.2.2 器件的性能测试34
• 4.3 实验结果讨论34-41
• 4.3.1 氯仿和 1,2,4-三氯苯双组分溶剂对器件的影响34-38
• 4.3.2 氯苯和 1,2,4-三氯苯双组分溶剂对器件的影响38-41
• 4.4 结论41-42
• 结束语42-44
• 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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