反型结构聚合物太阳能电池的研究

【摘要】： 21世纪的能源危机是人类面临的最大问题。太阳能是国际上理想的替代能源,是人类可利用的最直接的清洁能源。目前,以硅基为主体的无机太阳能电池,最高效率达到了24%,正在逐渐接近理论上限30%。但是其生产工艺复杂,而且成熟的技术使光电转换效率基本达到极限值,进一步改进受到限制,材料本身不利于降低成本,这些原因限制了它的大规模民用化。与硅太阳能电池比较,体异质结有机太阳电池具有材料来源广泛、加工性能好、成本较低等等优势。 本文以聚三己基噻吩和C60的衍生物(PCBM)为材料制作了反型结构有机聚合物太阳能电池。现在国内外制作的有机太阳能电池一般结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al.反型结构太阳能电池针对当前大部分有机太阳能电池的结构缺陷(PSS酸对ITO表面又腐蚀作用,造成了表面缺陷增多,电池的串联电阻增加;LiF的厚度大于1.2nm时,电池的性能下降。),进行了结构上的创新改造,使电池的工作性能进一步提高。我们使用溶胶-凝胶法,经过旋涂、烧结在ITO表面生长一层致密平整的TiO2薄膜。TiO2作为一种N型的宽禁带半导体材料,在反型结构中,它有效地传输电子阻挡空穴。在有缘层的另外一侧,我们选择材料的是CuPc,这种材料能有效传导空穴阻挡电子。 本课题中,我们设计反型电池的结构是ITO/nc-TiO2/P3HT:PCBM/CuPc/Au。用Keithley,SMU2601测得氙灯光照下,开路电压达到0.54V,短路电流5.53mA,效率为1.52%。接下来我们对有源层P3HT:PCBM薄膜厚度和CuPc厚度进行了摸索性对比试验。我们发现在旋涂P3HT:PCBM薄膜时,匀胶机转数为500转/分时,电池性能最佳。而CuPc薄膜厚度为10nm时,电池性能最好。 【关键词】：反型 体异质结 聚合物 酞菁铜
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 内容提要4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 引言8
• 1.2 太阳能8-9
• 1.2.1 太阳能的特点8-9
• 1.2.2 太阳光谱9
• 1.3 太阳能电池的定义和特性9-10
• 1.4 有机太阳能电池研究现状10-14
• 1.5 本论文的主要工作14-15
• 第二章 有机聚合物太阳电池原理及高分子导电聚合物性质15-27
• 2.1 太阳能电池基本原理15-18
• 2.1.1 光伏效应的条件16
• 2.1.2 有机聚合物太阳能电池基本原理16-17
• 2.1.3 光生载流子的产生、传输、复合与收集17-18
• 2.2 太阳能电池的特性18-21
• 2.2.1 太阳能电池等效电路18-19
• 2.2.2 太阳能的光谱响应特性19-20
• 2.2.3 太阳能电池的伏安特性曲线20
• 2.2.4 太阳能电池的填充因子20-21
• 2.2.5 太阳能电池的效率21
• 2.3 高分子导电聚合物性质21-26
• 2.3.1 导电聚合物的掺杂和导电原理22-23
• 2.3.2 导电聚噻吩及其衍生物23-24
• 2.3.3 取代聚噻吩24
• 2.3.4 PCBM24-26
• 本章小结26-27
• 第三章 反型结构有机太阳能电池的制备及测试27-41
• 3.1 新型结构太阳能电池的设计27-29
• 3.2 反型结构体异质结有机太阳能电池材料制备29-31
• 3.2.1 有机聚合物P3HT：PCBM 共混溶液的制备29
• 3.2.2 二氧化钛薄膜的制备及表征29-31
• 3.3 器件制作的工艺流程31-34
• 3.3.1 ITO 导电玻璃的处理31-32
• 3.3.2 二氧化钛固体薄膜的制作32-33
• 3.3.3 有源层薄膜的制备33
• 3.3.4 金电极的制作33-34
• 3.4 能级分析34-35
• 3.5 器件的参数测量35-37
• 3.5.1 暗电流曲线35-36
• 3.5.2 光电流曲线36
• 3.5.3 ITO/nc-TiO_2/P3HT:PCBM/Au 器件的吸收光谱36-37
• 3.5.4 机理分析37
• 3.6 有源层厚度对ITO/nc-TiO_2/P3HT:PCBM/AU 器件影响37-40
• 本章小结40-41
• 第四章 ITO/nc-TiO_2/P3HT:PCBM/CuPc/Au 太阳电池的制备表征41-49
• 4.1 CuPc 的性质及应用41-42
• 4.2 器件能级分析42-43
• 4.3 器件的设计与制作43-44
• 4.4 器件的参数测量44-48
• 4.4.1 暗电流曲线44
• 4.4.2 光电流曲线44-45
• 4.4.3 吸收光谱45
• 4.4.4 CuPc 厚度对器件性能的影响45-48
• 本章小结48-49
• 总结49-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-56
• 中文摘要56-59
• Abstract59-61

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