有机小分子太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的性能研究

【摘要】：伴随着能源问题的日趋严重，环境不断被破坏，越来越多的人将目光转向了成本低，易于大面积制备的有机太阳能电池领域。在有机太阳能电池领域，有机小分子太阳能电池和钙钛矿太阳能电池扮演着重要的角色。其中，有机小分子太阳能电池光电转换效率已经达到了9%左右，而钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已然突破20%。虽然器件的效率得到了快速增长，但是依旧有许多问题没有被解决。 第一．在有机小分子太阳能电池中，理想的活性层要能够很好的对光进行吸收，同时还要尽可能的减少激子复合的机会，从而能够使更多的激子产生、分离和传输。为了更好提高器件的填充因子和效率，人们尝试了多种方法去得到一个最好的相分离尺度，例如：热退火、混合溶剂、添加剂的使用。但是，这些方法的复杂机理却使其不能应用在所有的有机小分子太阳能电池中，同时也增加了器件制备的周期。 第二．在钙钛矿太阳能电池中，利用ZnO纳米晶作为电子传输层材料所制备的器件，由于其平面的结构导致活性层的厚度受到了限制，因此在活性层中产生的激子得不到很好的分离与传输。同时，在ITO/ZnO/Perovskite/P3HT/Ag结构的器件中，活性层与空穴传输层之间的界面接触不好，导致器件的填充因子较低。 针对以上两个问题，本论文设计并提出了以下两种解决方案： 一．本论文通过对噻吩类有机小分子进行修饰，使其具有不同的烷基链长度。将不同烷基链长度的有机小分子作为给体材料，PCBM作为受体材料进行器件的制备，并对材料的热学性质、光物理性质、电化学性质以及光伏性质进行研究，得出如下结论：通过调节给受体分子之中烷基链的长度，一定程度上提高了其光学密度，这样一来，可以一定程度上增强有机小分子对太阳光光子的吸收程度，同时有效的改善制备的器件中活性层表面形貌，通过测试可以明显的看到器件的填充因子有了一定的提高，制备的器件光电转换效率也从1.25%提高到3.18%。 二．利用溶胶凝胶法制备了小粒径的ZnO纳米粒子，并将其用作钙钛矿太阳能电池的电子传输层，利用小粒径的纳米粒子受热出现聚集的现象产生类似于介孔状的结构，使得器件的短路电流有明显的提升；同时，利用溶液法将MoO3掺杂到P3HT中作为空穴传输层，很大程度上改善了活性层与空穴传输层之间的界面形貌，使得器件的填充因子有了很大的改善。 【关键词】：有机小分子太阳能电池 钙钛矿太阳能电池 烷基链长度 界面修饰
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-38
• 1.1 引言10-12
• 1.2 有机小分子太阳能电池概述12-24
• 1.2.1 有机小分子太阳能电池经历的发展历程12-18
• 1.2.2 有机小分子太阳能电池器件结构18-20
• 1.2.3 有机小分子太阳能电池的工作原理20-22
• 1.2.4 有机小分子太阳能电池性能的表征22-24
• 1.3 钙钛矿太阳能电池概述24-31
• 1.3.1 钙钛矿太阳能电池的发展历程25-29
• 1.3.2 钙钛矿太阳能电池的器件结构29-30
• 1.3.3 钙钛矿太阳能电池的活性层制备方法30-31
• 1.3.4 钙钛矿太阳能电池的工作机理31
• 1.4 本论文的设计思想31-33
• 参考文献33-38
• 第二章 烷基链长度对于有机小分子太阳能电池性能的影响38-53
• 2.1 引言38-39
• 2.2 实验部分39-41
• 2.2.1 实验所使用试剂39
• 2.2.2 光伏器件的制备39-40
• 2.2.3 光伏性能测试需要的仪器40-41
• 2.3 结果与讨论41-49
• 2.3.1 分子的结构式41-42
• 2.3.2 分子的热学性质表征42
• 2.3.3 分子的光物理性质表征42-43
• 2.3.4 分子的电化学性质表征43-44
• 2.3.5 分子的光伏性能表征44-49
• 2.4 本章小结49-50
• 参考文献50-53
• 第三章 不同载流子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响53-68
• 3.1 引言53
• 3.2 实验部分53-57
• 3.2.1 实验所使用试剂53-54
• 3.2.2 氧化锌纳米粒子的合成54-55
• 3.2.3 钙钛矿材料的器件制备55-57
• 3.2.4 光伏性能测试需要的仪器57
• 3.3 结果与讨论57-64
• 3.3.1 不同粒径的 ZnO 纳米粒子作为电子传输层对于器件性能的影响57-61
• 3.3.2 利用溶液法将 MoO_3 掺杂 P3HT 作为空穴传输层对器件性能的影响61-64
• 3.4 本章小结64-66
• 参考文献66-68
• 第四章 总结68-70
• 攻读学位期间发表文章70-71
• 作者简介71-72
• 致谢72

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