SCNTs和PPDIF应用于聚合物太阳能电池中的研究

【摘要】：太阳能电池在能源紧缺的现代社会越来越受到重视。本论文主要针对无机材料单壁碳纳米管(SCNTs)和新型有机受体聚合物PPDIF对体异质结太阳能电池性能的影响进行研究。主要工作内容如下： 1. SCNTs具有良好的电荷传输性能,利用其作为载流子传输层改善体异质结聚合物太阳能电池。实验表明,SCNTs/P3HT:PCBM界面处,SCNTs与聚合物的高分子链连接处存在很强的能量转移,载流子能够通过SCNTs迅速传导到相应的两极中,避免聚集在活性层中重新复合,使得短路电流增大13.58%,填充因子提高6.45%,效率提高0.54%。 2.在P3HT:PCBM体异质结太阳能电池中活性层掺杂SCNTs,1wt%的掺杂使器件短路电流增大15.73%,填充因子提高至1.68倍。同时会导致活性层/电极接触界面会形成势垒,减弱内建电场强度,器件稳定性下降,使得开路电压由0.63V降低至0.34V。并且超过1wt%的掺杂量会在活性层中发生团聚,破坏给受体互穿网络结构。 3.为验证PPDIF具有受体材料的光伏特性,制备了不同掺杂比为2：1、1：1、1：2、1：4的MEH-PPV:PPDIF体异质结太阳能电池,得到最佳配比1：1,对该配比器件进行90到180℃退火处理,实验结果表明150℃退火处理使得器件效率为未处理的近5倍。通过AFM的薄膜表征可以观察到薄膜粗糙度明显增大,使活性层和电极间的接触面积变大,且容易形成欧姆接触,提高填充因子。 4.基于P3HT:PPDIF体异质结太阳能电池研究2：1、1：1、1：2、1：4的掺杂比后得到最佳配比是1：1,退火处理的最佳温度是120℃。退火后效率达到MEH-PPV体系的约1.25倍,开路电压基本相等。但这两种体系的光电转换效率都在10-2%量级,因此PPDIF作为红色晶型的花酰亚胺材料需要在载流子传输效率、光谱响应范围等方面进行改进。 【关键词】：SCNTs 传输层 掺杂 PPDIF 退火
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序9-12
• 第一章 引言12-17
• 1.1 有机太阳能电池的发展历史及研究进展13-14
• 1.2 有机太阳能电池的应用领域14
• 1.3 有机太阳能电池存在的问题和发展趋势14-16
• 1.4 本论文的主要工作16-17
• 第二章 有机太阳能电池基本原理、性能参数和制备方法17-29
• 2.1 有机太阳能电池的工作过程及光电转换原理18-19
• 2.2 有机太阳能电池的主要结构19-21
• 2.2.1 单层及双层异质结太阳能电池19-20
• 2.2.2 体异质结太阳能电池20-21
• 2.2.3 叠层太阳能电池21
• 2.3 有机太阳能电池的伏安特性曲线及相关参数21-23
• 2.4 有机太阳能电池的等效电路23-24
• 2.5 聚合物太阳能电池常用材料24-25
• 2.6 有机太阳能电池的制备及改进方法25-29
• 2.6.1 扩大光吸收范围26-27
• 2.6.2 载流子传输的改进27
• 2.6.3 纳米尺寸形貌和控制27-29
• 第三章 SCNTs在聚合物太阳能电池中的研究29-37
• 3.1 SCNTs简介29-31
• 3.2 器件的制备31-32
• 3.3 结果与讨论32-36
• 3.3.1 SCNTs作为载流子传输层对器件的影响32-34
• 3.3.2 SCNTs在活性层中掺杂对器件的影响34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 PPDIF在聚合物太阳能电池中的研究37-53
• 4.1 PPDIF简介37
• 4.2 MEH-PPV:PPDIF体系37-44
• 4.2.1 MEH-PPV:PPDIF不同掺杂配比对器件的影响38-41
• 4.2.2 MEH-PPV:PPDIF活性层不同退火温度对器件的影响41-43
• 4.2.3 MEH-PPV:PPDIF薄膜的AFM表征43-44
• 4.3 P3HT:PPDIF体系44-51
• 4.3.1 P3HT:PPDIF不同掺杂配比对器件的影响44-46
• 4.3.2 P3HT:PPDIF活性层不同退火温度对器件的影响46-47
• 4.3.3 P3HT:PPDIF薄膜的AFM表征47-49
• 4.3.4 P3HT:PPDIF薄膜的GIXRD表征49-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 结论53-54
• 参考文献54-57
• 作者简历57-59
• 学位论文数据集59

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