基于SubPc/C_(60)的有机太阳能电池研究

【摘要】：太阳能电池是现代利用太阳做清洁能源的主要方式之一。有机薄膜太阳能电池因其材料广、成本低、工艺简单等优点受到世界的关注。但是相对无机太阳能电池，其效率还是偏低。 亚酞菁（SubPc）是一种有望在有机太阳能电池领域获得重要应用的新型光电材料，其具有酞菁类材料的基本性质，同时有比酞菁材料更低的HOMO能级，有望获得高开路电压的有机太阳能电池。本论文以SubPc为给体材料，主要进行了以下几部分研究： 第一部分，实验制备以SubPc为给体材料和C_(60)为受体材料的双层有机小分子太阳能电池：ITO/SubPc/C_(60)/Ag。在此基本结构增加阳极修饰层PEDOT:PSS和激子阻挡层Bphen，研究其对器件性能的影响。结果表明：当器件同时增加阳极修饰层和激子阻挡层时，得到的器件性能最好，其短路电流密度Jsc达到2.88mA/cm~2，开路电压Voc达到0.79V，能量转换效率PCE为0.73%。 第二部分，为了提高太阳能电池的效率，将空穴传输材料并五苯（pentacene）引入到电池中用以提高电池的电流密度。结果显示：一、将pentacene作为电池的空穴传输层插入到PEDOT:PSS和SubPc之间。pentacene厚度为4nm时，电池的短路电流密度得到最大的提升，从2.46mA/cm~2增大到4.23mA/cm~2，但是于此同时，开路电压从0.74V降到了0.31V，最后效率反而降低了。二、将pentacene作为SubPc和C_(60)双层结构电池的中间插入层。随着pentacene厚度的增加，电池性能急剧下降，当pentacene=6nm时，能量转换效率已不足0.01%。三、将pentacene和SubPc混合，作为给体材料。对比pentacene:SubPc/C_(60)和pentacene:SubPc/SubPc/C_(60)结构的电池，结果显示在混合给体材料和C_(60)之间加入一层SubPc后，短路电流密度和开路电压都提高了，电池的性能得到全面改善，效率提高了46%。 第三部分，将和SubPc具有同样HOMO能级的磷光材料(pbi)_2Ir(acac)作为给体材料，设计了SubPc/(pbi)_2Ir(acac)/C_(60)的三层有机太阳能电池器件，并对比(pbi)_2Ir(acac)/C_(60)和SubPc/C_(60)双层结构的电池器件。三层结构电池的转换效率只有0.05%，效率较低。不过其实验结果为使用磷光染料作为太阳能电池的光敏材料进一步研究做了有益的探索。 【关键词】：有机薄膜太阳能电池 亚酞菁 并五苯 效率 开路电压
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 研究意义与背景11-13
• 1.2 太阳能的利用13-19
• 1.2.1 太阳13
• 1.2.2 人类利用太阳能的历史13-16
• 1.2.3 太阳能电池的发展史16-19
• 1.3 国内外光伏产业现状19-21
• 1.4 国内外太阳能电池研究现状21-22
• 1.5 本论文的主要工作内容22-24
• 第二章 有机薄膜太阳能电池24-37
• 2.1 太阳能电池的分类24-28
• 2.1.1 热电太阳能电池24
• 2.1.2 光化学太阳能电池24-25
• 2.1.3 光电太阳能电池25-28
• 2.1.4 热电-光电复合型太阳能电池28
• 2.2 有机薄膜太阳能电池的结构28-32
• 2.2.1 单层结构28-29
• 2.2.2 双层结构29-30
• 2.2.3 体异质结结构30
• 2.2.4 三层及多层结构30-31
• 2.2.5 级联结构31-32
• 2.3 有机薄膜太阳能电池的作用机理32-34
• 2.3.1 半导体的光生伏特效应32
• 2.3.2 有机薄膜太阳能电池的工作原理32-34
• 2.4 有机薄膜太阳能电池的主要性能参数34-37
• 第三章 阳极修饰层和激子阻挡层对器件性能的影响37-48
• 3.1 实验部分37-44
• 3.1.1 实验材料37-39
• 3.1.2 实验设备39-42
• 3.1.3 器件的制备和测试42-44
• 3.2 实验结果与分析44-47
• 3.3 小结47-48
• 第四章 空穴传输材料 pentacene 对器件性能的影响48-57
• 4.1 实验部分48-49
• 4.1.1 实验材料48
• 4.1.2 实验设备48-49
• 4.1.3 器件的制备和测试49
• 4.2 实验结果与分析49-56
• 4.2.1 pentacene 作为空穴传输层对器件性能的影响研究49-52
• 4.2.2 pentacene 作为中间插入层对器件性能影响研究52-55
• 4.2.3 pentacene 和 SubPc 混合给体电池研究55-56
• 4.3 小结56-57
• 第五章 磷光材料(pbi)_2Ir(acac)对器件性能的影响57-63
• 5.1 实验部分57-59
• 5.1.1 实验材料57-58
• 5.1.2 实验设备58
• 5.1.3 器件的制备和测试58-59
• 5.2 实验结果与分析59-62
• 5.3 小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 本论文的主要研究内容63-64
• 6.2 目前存在的问题和展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士期间取得的成果71-72

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