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P3HT:PC_(61)BM反式聚合物太阳能电池的制备与性能研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 21:56:33
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P3HT:PC_(61)BM反式聚合物太阳能电池的制备与性能研究【摘要】:本论文简要介绍了聚合物太阳能电池的常用材料、器件结构、本体异质结型(BHJ)聚合物太阳能电池(PSCs)的

【摘要】:本论文简要介绍了聚合物太阳能电池的常用材料、器件结构、本体异质结型(BHJ)聚合物太阳能电池(PSCs)的工作原理及发展近况。在本体异质结型聚合物太阳能电池中,界面材料的性质以及载流子迁移率是影响PSCs光电转化效率的重要因素。因此,本论文主要研究了界面层和小分子添加剂对P3HT: PC_(61)BM聚合物太阳能电池反向器件性能的影响。主要研究内容如下: 1、采用磁控溅射的方法制备了致密的TiO_2薄膜并用于反式聚合物太阳能能电池,并研究了TiO_2薄膜的晶化度以及厚度对P3HT: PC_(61)BM聚合物太阳能电池反向器件性能的影响规律。研究结果表明,当TiO_2电子传输层的厚度在42nm时,基于未退火处理的TiO_2薄膜电子传输层的PSCs的光伏参数为:Jsc=9.11mA.cm-2;Voc=0.63V;FF=0.50;PCE=2.85%。TiO_2薄膜经过450℃下退火30min后,其PSCs器件的性能参数为:Jsc=10.02mA.cm-2;Voc=0.66V;FF=0.57;PCE=3.75%。因此,TiO_2薄膜的结晶,有利于提高器件的光伏性能。同时我们还研究了TiO_2薄膜的厚度对器件性能的影响,研究结果表明,厚度在实验范围内,TiO_2对可见光的透过率影响极小,但对紫外光的吸收随着TiO_2厚度的增加而增强,故一定厚度的TiO_2有利于保护光活性层。当厚度在42nm~73nm之间时,器件性能较好。这是因为TiO_2太薄时,TiO_2薄膜存在一定程度的缺陷,导致电子与空穴复合严重,故器件的并联电阻较小,器件性能降低;而TiO_2太厚则使器件的串联电阻增大。 2、以DH4T作为P3HT: PC_(61)BM光活性层的添加剂,并研究了DH4T的含量对其反式聚合物太阳能电池器件光电转换性能的影响。初步研究结果表明,在P3HT: PC_(61)BM光活性层中加入一定量的DH4T有利于提高器件性能。当不添加DH4T时,基于P3HT: PC_(61)BM光活性层的反式PSCs的光伏参数为:Jsc=10.00mA.cm-2;Voc=0.66V;FF=0.56;PCE=3.68%。而当在光活性层中加入10%的DH4T时,其反式PSCs器件的光伏参数为:Jsc=10.30mA.cm-2;Voc=0.67V;FF=0._(61);PCE=4.22%。DH4T的加入主要提高了器件的填充因子,其短路电流密度增加的比较小,而开路电压基本上保持不变。DH4T的加入,可能提高了光活性层的空穴迁移率,从而提高了器件的填充因子和短路电流密度。开路电压主要决定于给体材料的HOMO能级与受体的LUMO能级,故开路电压基本保持不变。 【关键词】:聚合物太阳能电池 反向器件 电子传输层 P3HT PC_(61)BM DH4T
【学位授予单位】:湘潭大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:O631.1;TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 文献综述9-29
  • 1.1 研究背景9
  • 1.2 聚合物太阳能电池概述9-23
  • 1.2.1 聚合物太阳能电池的特点10-11
  • 1.2.2 聚合物太阳能电池的工作原理11-13
  • 1.2.3 聚合物太阳能电池的性能参数13-14
  • 1.2.4 聚合物太阳能电池给体材料14-18
  • 1.2.5 聚合物太阳能电池受体材料18-19
  • 1.2.6 聚合物太阳能电池的器件结构19-23
  • 1.3 界面层材料的作用23-26
  • 1.3.1 阳极界面层23-24
  • 1.3.2 阴极界面层24-25
  • 1.3.3 光学间隔层25-26
  • 1.4 反式聚合物太阳能电池的研究26-28
  • 1.5 聚合物太阳能电池的发展趋势28
  • 1.6 本论文的设计思想与研究内容28-29
  • 第2章 反应磁控溅射制备的 TiO_2薄膜对光伏器件的性能影响29-38
  • 2.1 引言29-30
  • 2.2 实验部分30-31
  • 2.2.1 仪器和试剂30
  • 2.2.2 致密 TiO_2薄膜的制备步骤30
  • 2.2.3 活性层溶液的制备30
  • 2.2.4 器件的制备30-31
  • 2.3 实验结果及分析讨论31-36
  • 2.3.1 TiO_2薄膜晶化度对光伏器件性能的影响31-33
  • 2.3.2 TiO_2薄膜的厚度对光伏器件性能的影响33-36
  • 2.4 本章小结36-38
  • 第3章 DH4T 掺杂对器件性能影响的研究38-43
  • 3.1 引言38-39
  • 3.2 实验部分39
  • 3.2.1 仪器和试剂39
  • 3.2.2 TiO_2阴极界面层的制备39
  • 3.3 实验结果与讨论39-42
  • 3.4 本章小结42-43
  • 总结展望43-44
  • 参考文献44-51
  • 附录 A 试剂、药品及其纯化方法51-52
  • 附录 B 仪器及测试条件和方法52-53
  • 致谢53-54
  • 攻读硕士学位期间发表论文情况54


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