基于溶液法和非退火型电极修饰层的聚合物光伏电池的研究

【摘要】：目前提高有机太阳能电池光电转换效率的方法主要包括合成新型窄带隙有源层材料,添加陷光结构以及寻找新型传输层材料改善载流子传输。目前常用的MoO3、WO3等空穴传输层材料熔点太高(795℃、1473℃),作为空穴传输层材料时通常采用真空蒸镀的方法,导致增加实验时间以及提高了实验成本,需要寻找熔点低的电极修饰层材料进行蒸发镀膜,可以明显降低实验成本。对于PEDOT:PSS和TiO2等传输层材料,为了提高传输层的成膜质量,通常经过旋涂以后还需要高温退火过程,导致实验过程变得复杂,并且对于反型器件,阳极修饰层旋涂以后的后退火过程如果需要的温度较高的话有源层会受到二次退火而造成损害,所以这就要求我们寻找溶于高饱和蒸汽压极性溶剂的修饰层材料进行旋涂成膜,排除退火过程。首先采用低熔点的p型半导体材料碘化亚铜CuI通过真空蒸镀法来制备有机太阳能电池的空穴传输层,制备结构为ITO/PEI/P3HT:ICBA/CuI/Au的器件,PEI水溶液浓度为0.2mg/ml,4000r/min通过旋涂法充当阳极修饰层。碘化亚铜的熔点很低600℃,它的蒸镀电流只有WO3的三分之一,降低了实验成本。另外碘化亚铜的导带和价带能级分别为-2.1eV和-5.1eV,与有源层材料(P3HT:ICBA)以及电极材料Ag的能级匹配,同时碘化亚铜的吸收边在400nm,不会和有源层形成光竞争。实验证明碘化亚铜蒸镀2nm时器件效率最优,相比于没有碘化亚铜作为空穴传输层时器件效率提高了1.6倍。接下来采用溶于异丙醇的磷钼酸(PMA)通过旋涂的方法制备空穴传输层。PMA的导带和价带能级分别为-1.73eV和-4.73eV,与有机太阳能电池器件中采用的有源层材料(PCDTBT:PC70BM)以及电极材料Ag的能级匹配,同时PMA的吸收边在416nm,不会和有源层形成光竞争。另外,PMA极易溶于高饱和蒸气压的异丙醇溶剂,异丙醇的挥发速度很快,PMA的异丙醇溶液通过旋涂以后可以省去退火过程。实验研究证明当PMA的异丙醇溶剂浓度为2.5mg/ml,旋涂转速为4000r/min时器件效率最好,光电转换效率达到了6.57%,略优于通过高温真空蒸镀MoO3作为空穴传输层的电池器件。但是由于PMA传输层只有旋涂过程,没有退火,所以实验时间及成本都大大降低。 【关键词】：有机太阳能电池 空穴传输层 非退火 碘化亚铜 磷钼酸
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 研究意义13-15
• 1.3 研究内容15-16
• 第二章 有机太阳能电池的基本原理及参数16-23
• 2.1 有机太阳能电池的基本原理16-17
• 2.2 有机太阳能电池相关参数17-23
• 第三章 实验仪器及理论模拟23-34
• 3.1 实验仪器介绍23-28
• 3.2 传输矩阵法(TMM)原理28-34
• 第四章 低熔点空穴传输层材料CUI在有机太阳能电池中的应用34-45
• 4.1 器件的制备过程35-36
• 4.2 器件特性表征36
• 4.3 结果与讨论36-43
• 4.4 本章小结43-45
• 第五章 非退火空穴传输层材料PMA在有机太阳能电池中的应用45-59
• 5.1 器件的制备过程46-47
• 5.2 器件特性表征47-48
• 5.3 结果与讨论48-57
• 5.4 本章小结57-59
• 第六章 总结与展望59-60
• 参考文献60-67
• 作者简介及所取得的科研成果67-68
• 致谢68

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