链烷二巯基类添加剂对聚合物太阳能电池性能影响的研究

【摘要】：本论文的研究内容是提高P3HT: PC61BM体异质结聚合物太阳能电池的性能。本文主要通过在制备溶液过程中掺入高沸点的添加剂,以此改善功能层薄膜的形貌以及给体材料和受体材料的相分离状况,并在薄膜中形成有效的载流子传输网络和提高载流子的迁移率和收集效率,最终提高光伏器件的性能。实验内容主要包括三个部分：第一,在溶液中掺入不同浓度的链烷二巯基物—1,8-辛二硫醇(ODT),并分析掺入浓度对光伏器件性能的关系；第二,在溶液中添加末端分子基团不同的链烷二基类物质都能改善器件的性能,但不同类型添加剂的作用程度不尽相同；第三,掺入链烷烃基长度不同的二巯基化合物并不是都能改善器件的性能。上述实验的结论如下： 1.在溶液中掺入不同浓度的ODT,通过测试器件的I-V特性发现器件的VOC, JSC, FF和PCE并不随着浓度的增大而线性提高。当在氯苯掺入ODT的浓度为60μL/mL时,器件的Jsc和FF都有提高并直接导致该器件有最高的PCE。相反地,随着ODT浓度的进一步增大,器件性能开始出现下滑的趋势。 2.在溶液中掺入具有不同末端分子基团链烷物质作为添加剂,其目的是研究分子基团与器件性能之间的关系。这部分实验主要是利用不同分子基团导致的添加剂物理化学性质的差异,特别是沸点与发挥速度等特性。实验结果显示所用的添加剂都能起到改善器件性能的作用,其中以DIO的效果最明显。随着分子基团分子量的递增,光伏器件的能量转换效率也逐渐上升。 3.最后部分介绍了链烷二巯基物中烃基长度对光伏器件性能的影响。研究表明,这类链烷二巯基物的极性、溶解度参数和沸点差异等都会对聚合物的形貌状态产生不同程度的影响。实验结果表明器件的性能并不随着链烷长度增大而线性提高。另外,添加剂与PC61BM之间的溶解度参数大小关系对于PC61BM的团簇聚集起到十分重要的作用。在选择添加剂中应该同时把添加剂的沸点和溶解度参数作为参考因素。 本文系统研究了链烷二巯基物作为溶液添加剂对体异质结光伏器件性能的影响。我们从添加剂浓度、分子末端基团和烃基链长度等方面做出实验分析,最终总结出链烷二巯基物在聚合物光伏器件中的具体作用过程和机理。 【关键词】：聚合物太阳能电池 体异质结 添加剂 链烷二巯基物
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.41
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序9-12
• 1 绪论12-31
• 1.1 引言12-13
• 1.2 太阳能电池的种类13-17
• 1.2.1 硅太阳能电池13-14
• 1.2.2 无机化合物太阳能电池14-15
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池15-16
• 1.2.4 有机半导体太阳能电池16-17
• 1.3 有机太阳能电池17-22
• 1.3.1 有机太阳能电池的发展历史与现状17
• 1.3.2 有机半导体的基本特性17-18
• 1.3.3 有机太阳能电池的工作原理18-22
• 1.4 有机聚合物太阳能电池的概况22-28
• 1.4.1 有机聚合物太阳能电池的结构22-25
• 1.4.2 有机聚合物太阳能电池的材料25-28
• 1.5 有机聚合物薄膜的表征方法28-31
• 2 辛二硫醇对体异质结光伏器件性能的影响31-43
• 2.1 引言31-32
• 2.2 器件的制备与测试32-34
• 2.2.1 实验器件的制备过程32-33
• 2.2.2 实验器件的测试33-34
• 2.3 ODT添加浓度对光伏器件性能的影响34-38
• 2.4 ODT添加浓度对功能层表面形貌的影响38-41
• 2.5 本章小结41-43
• 3 链烷末端基团对体异质结光伏器件性能的影响43-53
• 3.1 引言43-44
• 3.2 器件的制备与测试44
• 3.2.1 实验器件的制备过程44
• 3.2.2 实验器件的测试44
• 3.3 不同末端基团添加剂对光伏器件性能的影响44-49
• 3.4 不同末端基团添加剂对功能层表面形貌的影响49-51
• 3.5 本章小结51-53
• 4 二巯基化物烃基长度对体异质结光伏器件性能的影响53-64
• 4.1 引言53-54
• 4.2 器件的制备与测试54
• 4.2.1 实验器件的制备过程54
• 4.2.2 实验器件的测试54
• 4.3 不同烃基长度的添加剂对光伏器件性能的影响54-59
• 4.4 添加剂溶解度参数与器件性能的关系59-61
• 4.5 不同烃基长度的添加剂对功能层表面形貌的影响61-63
• 4.6 本章小结63-64
• 5 结论64-65
• 参考文献65-69
• 作者简历69-71
• 学位论文数据集71

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