首页 > 88必威

活性层掺杂技术提高聚合物太阳能电池性能的机理研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:53:58
热度:

活性层掺杂技术提高聚合物太阳能电池性能的机理研究【摘要】:聚合物太阳能电池因其成本低廉、质量轻、半透明及制备材料可控等诸多优点,已成为当今新能源领域的研究热点之一。然而,因其能量转

【摘要】:聚合物太阳能电池因其成本低廉、质量轻、半透明及制备材料可控等诸多优点,已成为当今新能源领域的研究热点之一。然而,因其能量转换效率(PCE)较低而不能投入商业生产为人们服务。因此,聚合物太阳能电池光电性能的提高便成为相关领域研究工作的重点。近年来,工作者利用许多方法来提高聚合物太阳能电池的性能,取得了显著的成效,例如:混合溶剂处理活性层溶液、高温退火、活性层掺杂金属纳米粒子及活性层溶液添加有机溶剂添加剂等等。本文基于聚合物太阳能电池制备技术,结合实验与模拟计算,主要针对活性层掺杂技术对电池性能的提高机理进行了研究分析,旨在探索优化聚合物太阳能电池性能的方法,提高器件能量转换效率。 第二章中,作者基于电子给体材料poly{[4,8-bis-(2-ethyl-hexyl-thiophene-5-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl]-alt-[2-(2′-ethyl-hexanoyl)-thieno[3,4-b]thiophen-4,6-diyl]}(PBDTTT-C-T)与电子受体材料[6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester(PC71BM)混合制备本体异质结聚合物太阳能电池。在活性层混合溶液中添加3%体积比的1,8-diiodooctane(DIO)作为添加剂的基础上,添加不同体积比的硝基苯。实验表明,当硝基苯的体积比为12%时,电池器件的光电性能得到了最显著的优化,其短路电流密度(JSC)达到19.66mA/cm2,能量转化效率(PCE)由7.49%提高到了8.88%。作者对添加不同体积比硝基苯的活性层薄膜及器件进行光吸收谱、表面形貌及外量子效率的测量,发现硝基苯的添加能够优化活性层薄膜的表面形貌,使其形成良好的相分离,增加活性层薄膜对光的吸收能力及电荷传输能力,从而提高器件的短路电流和能量转化效率。 基于上一章实验内容的研究,作者发现,硝基苯的添加对聚合物太阳能电池性能的优化有着更为主要的机制。在第三章中作者通过对活性层薄膜进行荧光发射谱及瞬态吸收谱的测量并结合模拟计算,表明,硝基苯与给体材料PBDTTT-C-T通过氢键结合形成了稳定的共面电荷转移配合物,有效的增加了器件的外量子效率,其主要机制包括:(1)电荷转移配合物PBDTTT-C-T-C6H5NO2有着更高的最低未占有轨道(LUMO),能够更有效的使得光诱导电子转移到受体材料PC71BM的LUMO上;(2)有效的猝灭了活性层薄膜的荧光发射。这一发现说明了形成有效的氢键配合物是提高聚合物太阳能电池器件性能的一种新的途径。 聚合物太阳能电池性能的优化方式有多种,在文章第四章中,作者选取了两种优化方式,基于以poly(3-hexylthiophene)(P3HT)为电子给体材料,[6,6]-phenyl C60-butyric acidmethyl eater (PCBM)为电子受体材料制备聚合物太阳能电池。在Poly-(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)与活性层之间插入不同厚度的P3HT层,并在P3HT层厚度最佳的基础上,进一步在活性层中掺杂不同质量比的Ag纳米粒子,以此来双重优化聚合物太阳能电池的性能。当插入45nm厚的P3HT层及掺杂质量比为5%的Ag纳米粒子时活性层薄膜的形貌及内部结构得到了最佳优化,电池器件对太阳光的吸收效率及外量子效率得到了显著地提高,并出现红移现象。在25°C,光强为100mW/cm2的条件下测量其短路电流密度JSC为11.21mA/cm2,能量转化效率PCE为3.79%。 【关键词】:聚合物太阳能电池(PSCS) 电荷转移配合物 Ag纳米粒子 P3HT层 能量转换效率(PCE)
【学位授予单位】:河北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第1章 绪论11-21
  • 1.1 引言11
  • 1.2 聚合物太阳能电池的发展11-13
  • 1.3 聚合物太阳能电池的工作原理及表征13-16
  • 1.3.1 工作原理13-14
  • 1.3.2 太阳能电池性能的表征14-16
  • 1.4 聚合物太阳能电池材料及器件结构16-20
  • 1.4.1 聚合物太阳能电池制备材料16-18
  • 1.4.2 聚合物太阳能电池的结构18-20
  • 1.5 本文研究内容20-21
  • 第2章 硝基苯掺杂活性层对以 PBDTTT-C-T:PC_(71)BM 为基础的聚合物太阳能电池性能的提高21-28
  • 2.1 引言21-22
  • 2.2 实验介绍22-23
  • 2.2.1 器件制备22
  • 2.2.2 器件材料22
  • 2.2.3 器件性能的测量22-23
  • 2.3 结果及讨论23-27
  • 2.3.1 器件的 J-V 特性23-24
  • 2.3.2 器件的外量子效率(EQE)24
  • 2.3.3 活性层薄膜的吸收光谱24-25
  • 2.3.4 添加硝基苯对活性层薄膜的影响25-27
  • 2.4 结论27-28
  • 第3章 电荷转移配合物对基于 PBDTTT-C-T:PC_(71)BM 聚合物太阳能电池性能的优化机理28-37
  • 3.1 引言28-29
  • 3.2 实验介绍29-30
  • 3.2.1 活性层薄膜的制备29-30
  • 3.2.2 实验材料及活性层薄膜的检测30
  • 3.3 结果及讨论30-36
  • 3.3.1 活性层薄膜的荧光光谱30-31
  • 3.3.2 活性层薄膜的瞬态吸收及动力学过程31-34
  • 3.3.3 电荷转移配合物的计算34-36
  • 3.4 结论36-37
  • 第4章 双重优化对基于 P3HT:PCBM 有机太阳能电池效率的提高37-46
  • 4.1 引言37
  • 4.2 实验介绍37-39
  • 4.2.1 器件制备37-38
  • 4.2.2 实验材料及器件检测38-39
  • 4.3 结果及讨论39-43
  • 4.3.1 插入 P3HT 层对器件的优化39-41
  • 4.3.2 掺杂 Ag 纳米粒子对器件的进一步优化41-43
  • 4.4 结论43-44
  • 4.5 进一步研究工作44-46
  • 结束语46-47
  • 本文的创新点47-48
  • 参考文献48-54
  • 致谢54-55
  • 攻读学位期间取得的科研成果55


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

太阳能电池概述    王慧;邵竹锋;

混合溶剂对P3HT:PCBM基太阳能电池的影响    杨少鹏;李娜;李光;史江波;李晓苇;傅广生;

新型光伏智能快速充电系统设计    乔攀科;毕淑娥;

基底温度对喷涂技术制备大面积有机太阳能电池性能的影响    胡雪花;李福山;吴朝兴;郭太良;

1,4-二酮吡咯并吡咯在聚合物太阳能电池的应用    王亮;孙建平;李针英;周小波;王茜;罗联源;凌启淡;

量子点-聚合物纳米复合材料的研究进展    骆乐;向卫东;谢翠萍;钟家松;梁晓娟;邹军;吕春燕;

苯并三噻吩共轭聚合物的合成及其在有机光伏中的应用    向艳;郭景华;李朋;张国兵;吕国强;

太阳能在冀东油田勘探开发中应用    曹喜承;刘晓燕;王志国;

混合溶剂对PCDTBT:PC_(71)BM聚合物太阳能电池性能的影响    杨少鹏;张烨;江涛;孙学峰;鲁超群;李光;李晓苇;傅广生;

Nanoscale structural and electronic evolution for increased efficiency in polymer solar cells monitored by electric scanning probe microscopy    Denghua Li;Han Yan;Chao Li;Yanlian Yang;Zhixiang Wei;Chen Wang;

NWCHEM软件在生物体系中的应用    张宝花;李国辉;魏帆;刘倩;金钟;迟学斌;

Enhancing the power conversion efficiency of PCDTBT:PC_(71)BM polymer solar cells using a mixture of solvents    Shaopeng Yang;Ye Zhang;Tao Jiang;Xuefeng Sun;Chaoqun Lu;Guang Li;Xiaowei Li;Guangsheng Fu;

喷涂法制备聚合物太阳能电池器件研究    陈征

星形齐聚噻吩衍生物的制备及其光、电性能与应用研究    关丽

吡嗪聚合物和卟啉小分子的合成及其光伏性能研究    秦红梅

一维壳核式复合半导体杂化敏化太阳能电池的研究    孙宝

ZnO微纳结构制备及光学性能研究    梁志强

聚合物光伏器件形貌特性、性能及稳定性研究    陆运章

聚合物P3HT和PFDTBT与富勒烯共混光伏体系的电荷产生动力学    张伟

基于新型咔唑结构共聚物的设计合成及其光伏性能研究    查代君

苯并稠杂环类聚合物太阳能电池材料的性能研究    刘波

含芳胺或吡咯并吡咯二酮的聚合物合成及光电性能研究    谭华

染料敏化太阳能电池电极改性研究    石德晖

蝴蝶鳞片高吸光率机理分析及仿生结构设计    商春辉

无线传感器网络节点设备的模块化设计与实现    姜凤鸣

小型光伏发电系统及其MPPT的研究    张育宾

CIGS薄膜太阳能电池的工艺研究与制造    钱群

独立光伏系统控制器的研究    刘志平

聚光光伏系统聚光器的初步研究    程颖

无线传感器网络汇聚节点硬件设计与实现    夏显秋

太阳能电池用减反射转光薄膜的制备及应用    彭颖杰

光伏产业与精益物流的耦合性研究    裘伟超

薄膜太阳能电池的发展动态    刘玉萍;陈枫;郭爱波;李斌;但敏;刘明海;胡希伟;

薄膜太阳能电池    徐慢;夏冬林;杨晟;赵修建;

薄膜太阳能电池的研究现状与应用介绍    张锐;

利用阴极修饰层提高有机光伏电池的性能及稳定性    印寿根;杨利营;许新蕊;秦文静;

氧化钪混合钨基扩散型阴极表面结构的研究    王金淑;刘伟;崔云涛;张喜珠;王亦曼;周美玲;

热处理对活性层性质及有机光伏电池性能的影响    钟志有;顾锦华;孙奉娄;何翔;陈首部;

基于ZnO活性层薄膜晶体管的研究进展    许洪华;陈跃宁;袁广才;

ZnO薄层对体异质结有机太阳能电池性能的影响    杨少鹏;李占峰;赵艳新;刘博雅;刘贤豪;纪雪梅;

新型低温消气剂——一氧化钛    

不同组份PbO_2-MnO_2催化层钛基阳极的研究    李耀刚,许文林,孙彦平

退火方式及PCBM阴极修饰层对聚合物太阳电池的影响    李文杰;张建军;张亚萍;胡子阳;郝秋艳;赵颖;耿新华;

静态发酵沼气池宜经常搅拌    翟洪民;

金属电积中节能阳极的研究    刘晓霞,梁英教,李乃军

PPVA/PAN渗透汽化复合膜分离特性研究    李雪辉,王乐夫

医用钛合金表面生物活性层的研究    储成林;林萍华;董寅生;郭大勇;周俊;

Ti/SnO_2+Sb_2O_3/MnO_x电极的制备及性能    王雅琼;顾彬;许文林;

微晶硅薄膜太阳电池的计算机模拟    赵明利;闫果果;杨仕娥;

以PAN为基膜的复合纳滤膜的制备研究    彭海媛;陈坚锐;董声雄;龚琦;

腹膜中磷脂的液相色谱-电喷雾质谱联用分析    高飞;汪涛;刘虎威;

聚(苯撑乙炔-氰基乙烯苯撑)共聚物合成及光伏性能    牛俊峰;李惠;杨志祥;李武;曾翎;路胜利;

PDMS/PS复合膜的渗透蒸发性能的研究    马敬环;李俊台;陈镇;刘家祺;朱莹;

基于分子异质结化合物的有机光电材料设计    李维实;

聚酰胺-氨基甲酸酯型反渗透复合膜的制备和表征    周勇;俞三传;金可勇;刘立芬;高从堦;

RuO_2含量对Ti/SnO_2+Sb_2O_3/RuO_2+PbO_2阳极的电催化活性和电极寿命的影响    许文林;王鹏;沙红霞;顾彬;王雅琼;

功能性非织造布前景看好    文永奋

常进出料 勤快搅拌    覃道敏

OLED:显示性能优异 研发尚待深入    许伟王坚

江淮汽车推出瑞风国Ⅳ车型    吴端

跟随CRM成长    胡进平

结束汽车尾气污染时代    本报记者

如何用沼液喂猪    本报记者 葛密艳

国Ⅲ背后的形形色色    本报记者 江夏

塑料电子 新世纪的新产业    吴映红

稀土催化材料的应用进展(一)    钟希

导电高分子PPy构建种植体表面电生物活性层的应用基础研究    贾骏

贵金属氧化催化剂颗粒及其固定床反应器的整体优化    赵振兴

有机聚合物体异质结太阳能电池:分子结构,表面形貌与新型器件结构    周印华

固溶体中间层钛基氧化物阳极研究    梁镇海

含Sb-SnO_2中间层的钛基金属氧化物电极的结构与性能研究    王雅琼

活性层优化及电极界面修饰对聚合物电池性能的影响    胡子阳

新型亲水性聚合物—陶瓷渗透汽化复合膜的研究    曹绪芝

聚合物太阳能电池材料的设计、合成及性质研究    温善鹏

聚合物太阳能电池机理及实验研究    李卫民

电沉积制备聚噻吩有序微结构及有机太阳能电池    于伟利

活性层掺杂技术提高聚合物太阳能电池性能的机理研究    史江波

并五苯场效应晶体管的制备    王东盛

不同活性层配比对聚合物光伏电池性能的影响    李娜

Ti/SnO_2+Sb_2O_3/RuO_2+PbO_2电极的制备和性能研究    王鹏

以聚噻吩为沟道材料的场效应管研究    荆娜

活性层掺杂对聚合物太阳能电池的性能影响研究    孙璐

有机聚合物太阳能电池活性层的结构及其性能研究    吴伟才

基于单壁碳纳米管和单层石墨的有机光伏电池的研究    刘倩

聚噻吩富勒烯本体异质结的光伏器件制备及研究    吕沙沙

三组分活性材料构成的有机异质结光伏电池研究    张楠

Baidu
map