P3HT:PC61BM反式聚合物太阳能电池的制备与性能研究

摘要

本论文简要介绍了聚合物太阳能电池的常用材料、器件结构、本体异质结型(BHJ)聚合物太阳能电池(PSCs)的工作原理及发展近况。在本体异质结型聚合物太阳能电池中，界面材料的性质以及载流子迁移率是影响PSCs光电转化效率的重要因素。因此，本论文主要研究了界面层和小分子添加剂对P3HT:PC61BM聚合物太阳能电池反向器件性能的影响。主要研究内容如下：
　　1、采用磁控溅射的方法制备了致密的TiO2薄膜并用于反式聚合物太阳能能电池，并研究了TiO2薄膜的晶化度以及厚度对P3HT:PC61BM聚合物太阳能电池反向器件性能的影响规律。研究结果表明，当TiO2电子传输层的厚度在42nm时，基于未退火处理的TiO2薄膜电子传输层的PSCs的光伏参数为：Jsc=9.11mA.cm-2；Voc=0.63V；FF=0.50；PCE=2.85％。TiO2薄膜经过450℃下退火30 min后，其PSCs器件的性能参数为：Jsc=10.02mA.cm-2；Voc=0.66V；FF=0.57；PCE=3.75%。因此，TiO2薄膜的结晶，有利于提高器件的光伏性能。同时我们还研究了TiO2薄膜的厚度对器件性能的影响，研究结果表明，厚度在实验范围内，TiO2对可见光的透过率影响极小，但对紫外光的吸收随着TiO2厚度的增加而增强，故一定厚度的TiO2有利于保护光活性层。当厚度在42nm~73nm之间时，器件性能较好。这是因为TiO2太薄时，TiO2薄膜存在一定程度的缺陷，导致电子与空穴复合严重，故器件的并联电阻较小，器件性能降低；而TiO2太厚则使器件的串联电阻增大。
　　2、以DH4T作为P3HT:PC61BM光活性层的添加剂，并研究了DH4T的含量对其反式聚合物太阳能电池器件光电转换性能的影响。初步研究结果表明，在P3HT:PC61BM光活性层中加入一定量的DH4T有利于提高器件性能。当不添加DH4T时，基于P3HT:PC61BM光活性层的反式PSCs的光伏参数为：Jsc=10.00mA.cm-2；Voc=0.66V；FF=0.56；PCE=3.68%。而当在光活性层中加入10%的DH4T时，其反式PSCs器件的光伏参数为：Jsc=10.30mA.cm-2；Voc=0.67V；FF=0.61；PCE=4.22%。DH4T的加入主要提高了器件的填充因子，其短路电流密度增加的比较小，而开路电压基本上保持不变。DH4T的加入，可能提高了光活性层的空穴迁移率，从而提高了器件的填充因子和短路电流密度。开路电压主要决定于给体材料的HOMO能级与受体的LUMO能级，故开路电压基本保持不变。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 文献综述

1.1 研究背景

1.2 聚合物太阳能电池概述

1.3 界面层材料的作用

1.4 反式聚合物太阳能电池的研究

1.5 聚合物太阳能电池的发展趋势

1.6 本论文的设计思想与研究内容

第2章 反应磁控溅射制备的TiO2薄膜对光伏器件的性能影响

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果及分析讨论

2.4 本章小结

第3章 DH4T掺杂对器件性能影响的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

总结展望

参考文献

附录A试剂、药品及其纯化方法

附录B 仪器及测试条件和方法

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况