采用界面修饰的倒置有机光伏电池的性能研究

【摘要】：本体异质结的倒置有机聚合物光伏电池有较高的稳定性、制作成本较低，相比传统器件有更好的制备优势。活性层与两极之间的界面以及能级匹配是影响光生载流子传输和收集的关键因素。如何获得高效率是近年来的研究热点。本论文的工作是针对上述问题展开研究工作。首先利用真空蒸镀的方法制备了倒置有机光伏电池的阴阳极修饰层，改善界面间的接触。其次以杂化混合溶液调节倒置有机光伏电池的阴极功函，调节能级匹配。最后，将有机金属卤化物钙钛矿材料添加到活性层中，增强了活性层对光谱的吸收。具体工作如下： 1.采用真空蒸镀法制备了结构为ITO/CH3COOCs/P3HT:PCBM/MoO3/Ag的倒置有机光伏电池器件。结果表明引入CH3COOCs修饰后器件各性能参数都有所提升，最佳厚度为1nm时，相比未加阴极修饰的器件来说PCE提升了160%。对基于乙酸铯修饰阴极的倒置有机光伏电池阳极修饰层MoO3的厚度进行了优化，得到阳极修饰层最优化厚度为1.5nm。 2.利用低温溶液法处理的杂化PEO:CH3COOCs混合修饰层调节阴极ITO的功函，使其从4.82eV降低到了4.21eV。PEO掺杂到CH3COOCs中的量得到了最优化，在100mW/cm2的AM1.5光源照射下，PEO0.8:CH3COOCs修饰阴极的电池的效率达到2.82%，相比对比器件的PCE增加了112%。 3.在P3HT:PCBM活性层中添加了有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3作为添加剂，分别制备了正置和基于PEO0.8:CH3COOCs修饰的倒置器件，考察了不同添加剂含量对正置器件性能的影响。结果表明：当添加剂含量为0.5%时效果最好。 【关键词】：倒置有机光伏电池 修饰层 乙酸铯 添加剂 钙钛矿
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 前言9
• 1.2 倒置有机光伏电池的界面工程9-13
• 1.2.1 阴极修饰层10-12
• 1.2.1.1 氧化物薄层做电子传输层10-11
• 1.2.1.2 金属氧化物纳米颗粒层11
• 1.2.1.3 金属氧化物表面的自组装单分子层11
• 1.2.1.4 金属氧化物表面的聚合物和交联层11
• 1.2.1.5 聚合物或者有机交联剂做单独电子传输层11-12
• 1.2.2 阳极修饰层12-13
• 1.2.2.1 PEDOT:PSS 做空穴传输层或者阳极12-13
• 1.2.2.2 溶液处理的金属氧化物做空穴传输层13
• 1.3 倒置有机光伏电池的工作原理13-17
• 1.3.1 工作原理13-16
• 1.3.2 倒置有机光伏电池的结构及 J-V 特性16-17
• 1.4 本论文的研究目的和意义17-18
• 第二章 以乙酸铯和氧化钼为阴阳极修饰层的倒置有机光伏电池18-27
• 2.1 前言18-19
• 2.2 倒置有机光伏电池的制备19-20
• 2.2.1 实验仪器与设备19
• 2.2.2 倒置器件制备流程19-20
• 2.3 真空蒸镀 CH_3COOCs 作为倒置有机光伏电池的阴极修饰层20-23
• 2.3.1 CH_3COOCs 的热失重分析20-21
• 2.3.2 CH_3COOCs 功函数测试21-22
• 2.3.3 修饰层对器件的性能影响22-23
• 2.4 MoO_3修饰层对倒置有机光伏器件性能的影响23-26
• 2.4.1 不同厚度的 MoO_3阳极修饰倒置器件的 J-V 特性分析23-25
• 2.4.2 不同厚度的 MoO_3阳极修饰倒置器件的 IPCE 测试25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 基于可溶液处理的 PEO:CH_3COOCs 杂化阴极修饰层的倒置有机光伏电池27-39
• 3.1 前言27-28
• 3.2 实验部分28-29
• 3.2.1 PEO:CH_3COOCs 溶液的配制28-29
• 3.2.2 器件的制备29
• 3.3 实验结果分析与讨论29-36
• 3.3.1 不同比例的 PEO:CH_3COOCs 对 ITO 功函的影响29-31
• 3.3.2 不同比例的 PEO:CH_3COOCs 修饰器件的 J-V 特性31-33
• 3.3.3 不同比例的 PEO:CH_3COOCs 修饰器件的光学特性33-34
• 3.3.4 不同比例的 PEO:CH_3COOCs 及其上活性层的形貌分析34-36
• 3.4 PEO:CH_3COOCs 修饰的倒置柔性器件的制备与性能36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 有机金属卤化物钙钛矿在有机光伏中的应用39-47
• 4.1 前言39-40
• 4.2 实验部分40-41
• 4.2.1 有机金属卤化物 CH_3NH_3PbI_3的合成40
• 4.2.2 金属卤化物钙钛矿晶体结构40-41
• 4.3 结果与讨论41-45
• 4.3.1 CH_3NH_3PbI_3粉末钙钛矿的 TGA 和 XRD 表征41-42
• 4.3.2 CH_3NH_3PbI_3做活性层添加剂对传统器件性能的影响42-44
• 4.3.2.1 器件的制备42
• 4.3.2.2 实验结果分析42-44
• 4.3.3 CH_3NH_3PbI_3做活性层添加剂对倒置器件性能的影响44-45
• 4.4 本章小结45-47
• 第五章 全文总结及展望47-49
• 5.1 全文总结47
• 5.2 展望47-49
• 参考文献49-57
• 发表论文与科研情况说明57-58
• 致谢58-59

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