聚合物太阳能电池的界面修饰研究

【摘要】：界面修饰在高性能的有机太阳能电池的制备，提升器件稳定性等方面起到关键作用。但界面修饰材料及其应用仍面临限制需要进一步研究改进。例如如何改进界面层制备过程，避免真空蒸镀过程使其适用于低成本大规模的溶液法器件制备；改进材料本身及作用于有机太阳能电池器件后的稳定性；改善界面层制备工艺，避免对界面层的后处理对活性层产生破坏；制备适用于不同材料体系的太阳能电池界面材料，突破很多界面材料只对特殊体系有效的限制。 本论文中，针对如何克服以上界面构筑中面临的问题，我们做了如下工作。 1.在有机太阳能电池界面引入两亲性自组装分子层PAH-D，改善器件活性层表面浸润性，使水相的高导电PEDOT：PSS可以通过溶液旋涂法制备并作为电极，实现全溶液无真空过程有机太阳能电池的构筑。PAH-D是一种可溶液法制备可以沉积在亲水及疏水表面的自组装分子，通过沉积PAH-D使表面转换为两亲性，为构筑多功能层的太阳能电池提供了普遍适用的手段。 2.通过原位聚合，引入自组装界面修饰分子等方法，优化有机聚合物与无机材料的界面进而控制活性层相分离尺度及电荷传输性质。首先通过原位聚合方法，控制基于PPV以及TiO2的太阳能电池活性层相分离，避免了传统聚合物与无机纳米晶之间共混因界面表面能差异引起的大尺度相分离。此外，我们通过引入两亲性极性自组装分子修饰ZnO表面，构筑了极性可控的聚合物纳米晶界面，得到了相分离尺度可控P3HT：ZnO复合活性层。通过优化自组装分子能级构筑阶梯状的器件能级结构，改进给受体之间的电荷传输，避免传统绝缘分子修饰引起的阻碍电荷传输及电子陷阱作用。 3.首次制备了基于P（VDF-TrFE）的有机铁电纳米晶并作为界面层引入有机太阳能电池。通过溶液旋涂将其制备与活性层表面，铁电纳米晶可在电池内部引入一个电场有效促进激子分离，提升电荷收集效率。相对之前工作，溶液法纳米晶界面层避免了LB拉膜过程中水氧对活性层的破坏，以及热退火处理对窄带隙材料的破坏。 【关键词】：聚合物太阳能电池 复合太阳能电池 界面修饰 铁电纳米粒子 铁电光伏
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-41
• 1.1. 有机太阳能电池的研究背景10
• 1.2. 有机太阳能电池的发展10-11
• 1.3. 有机太阳能电池材料的发展11-14
• 1.4. 有机太阳能电池的工作原理14-16
• 1.5. 有机太阳能电池的结构设计及界面修饰16-28
• 1.5.1. 有机太阳能电池界面修饰的功能16-19
• 1.5.1.1. 控制有机太阳能电池器件的极性17-18
• 1.5.1.2. 电极材料以及导电层18
• 1.5.1.3. 光学层18-19
• 1.5.1.4. 活性层与电极之间的保护层19
• 1.5.1.5. 载流子的选择性传输以及激子阻挡层19
• 1.5.2. 有机太阳能电池的界面修饰材料19-28
• 1.5.2.1. 金属材料19-22
• 1.5.2.2. 半导体材料22
• 1.5.2.3. 无机金属氧化物材料22-24
• 1.5.2.4. 有机界面材料24-25
• 1.5.2.5. 极性分子25
• 1.5.2.6. 自组装分子 (SAMs)25-26
• 1.5.2.7. 盐26-27
• 1.5.2.8. 铁电材料修饰层27-28
• 1.6. 小结28
• 1.7. 本论文设计思想28-31
• 1.8. 参考文献31-41
• 第二章 两亲性自组装界面修饰层PAH-D在构筑全溶液过程的多层结构聚合物太阳能电池中的应用41-52
• 2.1. 引言41-43
• 2.2. 实验部分43-44
• 2.3. 结果与讨论44-49
• 2.4. 本章小结49-50
• 2.5. 参考文献50-52
• 第三章 聚合物为给体无机纳米粒子为受体的有机-无机复合太阳能电池体系的界面修饰研究52-79
• 3.1. 引言52-53
• 3.2 .PPV作为给体材料TiO2作为受体材料的有机无机复合体系的界面控制以及全水溶液过程有机太阳能电池的制备53-66
• 3.2.1. 引言53-56
• 3.2.2. 实验部分56
• 3.2.3. 结果与讨论56-62
• 3.2.4. 小结62-63
• 3.2.5. 参考文献63-66
• 3.3. P3HT为给体材料ZnO纳米粒子为受体材料的体异质结太阳能电池的界面修饰66-77
• 3.3.1. 引言66-69
• 3.3.2. 实验部分69
• 3.3.3. 结果与讨论69-73
• 3.3.4. 小结73-74
• 3.3.5. 参考文献74-77
• 3.4.本章小结77-79
• 第四章 基于P(VDF-TrFE)的有机铁电纳米晶的合成及其在高性能聚合物太阳能电池中的应用79-96
• 4.1. 引言79-81
• 4.2. 实验部分81-84
• 4.2.1. P(VDF-TrFE) 纳米粒子与纳米晶的合成81-83
• 4.2.2. P(VDF-TrFE) 纳米粒子与纳米晶的表征83-84
• 4.2.3. 太阳能电池器件的制备及表征84
• 4.3. 结果与讨论84-91
• 4.4. 本章小结91-92
• 4.5. 参考文献92-96
• 第五章 结论96-99
• 作者简历99-100
• 攻读博士学位期间发表论文目录100-104
• 发表SCI论文：( SCI论文 21 篇)100-102
• 发表国际会议论文：（国际会议论文 5 篇）102-103
• 发表专利：（已授权专利 1 项，申请专利 2 项）103-104
• 致谢104

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