有机添加剂对噻吩类聚合物光活化层形貌及光伏性能影响的研究

摘要

与传统的无机太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有易于设计、成本低、质量轻、可大面积加工制造等优点，近年来备受关注。本文主要是围绕聚合物太阳能电池材料的合成、器件光活化层的吸收光谱及其形貌结构进行了研究。
　　首先，本文以苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(BDT)为给体单元，以4,7-二噻吩-2-基-2-1,1,3-苯并噻二唑（DTBT）为受体单元合成了一种新型共轭聚合物PBDTC10DBT。通过对该聚合物性能的初步表征，了解到PBDTC10DBT有很好的电化学性能。主要表现在聚合物的带隙较窄约为1.69eV，HOMO能级较深约为-5.20eV。
　　其次，本文系统的研究了PC61BM不同的组分比不同对器件性能的影响，得出了当PBDTC10DBT:PC61BM=1:2时，器件的性能达到最佳。此时，器件的Voc=0.658V，Jsc=4.61mA/cm2，PCE=1.57％。
　　最后，本文选用三种有机溶剂（1,8-辛二硫醇、1,8-二碘辛烷、1,8-二溴辛烷）作为添加剂，研究了不同添加剂及同种添加剂不同的添加量对器件光活化层形貌、吸收光谱及器件性能的影响。研究发现微量的添加剂能够提升基于PBDTC10DBT/PC61BM的光伏器件的性能。通过运用原子力显微镜（AFM）和扫描电镜（SEM）我们发现添加剂能够改善器件光活化层的形貌，能够很好地控制相分离，在组分之间形成一种网络互传结构，这将大大地提高器件的短路电流。同时，研究也发现在三种添加剂中，1,8-二碘辛烷的表现最佳。通过向光活化层中加入3%的1,8-二碘辛烷可以使器件的短路电流由4.61mA/cm2提升至6.02mA/cm2，器件的光电转换效率由1.57%提升到了2.23%。
　　通过该课题的研究，对器件的制作工艺方面进行了探索，也为高效光伏器件的形貌控制和微观相分离提供了借鉴。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2有机太阳能电池

1.3聚合物太阳能电池的研究进展和研究成果

1.4本论文的研究内容与实际意义

第二章 聚合物太阳能电池的研究

2.1聚合物太阳能电池的基本原理

2.2太阳能电池的等效电路图

2.3描述聚合物太阳能电池的性能参数

2.4聚合物太阳能电池的加工技术

2.5太阳能电池测试系统

2.6本章小结

第三章 新型聚合物PBDTC10DBT的制备及表征

3.1引言

3.2新型聚合物PBDTC10DBT的合成

3.3新型聚合物PBDTC10DBT的性能表征

3.4本章小结

第四章 基于PBDTC10DBT/PC61BM聚合物太阳能电池光伏性能的研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 添加剂对基于PBDTC10DBT:PC61BM光伏器件性能的影响

5.1引言

5.2实验部分

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录一 攻读硕士学位期间研究成果

附录二 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢