混合给体有机小分子光伏器件性能的研究

摘要

太阳能电池是当今利用太阳能的主要方式之一，有机薄膜太阳能电池以其成本低、材料来源广泛、制作工艺简单等优点，受到世界各国的密切关注，但是和无机太阳能电池相比，其效率还是偏低。
　　首先研究了阴极修饰层 Bphen在有机薄膜太阳能电池中的作用，制备了有机太阳能电池：ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Bphen/Ag。随着 Bphen缓冲层厚度的增加，短路电流密度Jsc先增大后减小；当Bphen的厚度增加到10 nm时，短路电流密度达到最大值，为12.64 mA/cm2，开路电压从0.06 V增加到0.56 V，提高了一个数量级。阴极修饰层 Bphen的加入，有效的提高了器件的开路电压和短路电流密度等参数，从而提高了柔性有机薄膜光伏器件的光电转换效率。
　　其次基于上述中 Bphen作为阴极缓冲层的这一结构，对薄层双给体型器件进行了研究。首先采用Pentacene和Rubrene的组合，制作了器件ITO/PEDOT:PSS/P entacene/Rubrene/C60/Bphen/Ag，结果显示，器件Pentacene(5 nm)/Rubrene(15 nm)的电池效率提升最大，从最低单给体结构的0.821％提高到了1.132%，开路电压从最低的0.35 V提高到了0.67 V。然后我们采用了Rubrene/SubPc的组合，在此组实验中，转换效率最高的为器件 Rubrene(5 nm)/SubPc(15 nm)，为1.775%。最后的一组的Irppy3/Rubrene结构中，器件D即Irppy3(5 nm)/Rubrene(15 nm)，效率最高，达到了1.176%。上述实验验证了双给体薄层型结构可大大提升电池器件的效率。
　　最后在薄层双给体结构的基础上，将两层给体互相掺杂混合。首先采用的是Rubrene和SubPc的组合，给体层厚度为20 nm，控制Rubrene和SubPc的混合比例为1:0，3:1，1:1，1:3，0:1。混合型结构的器件的最大效率比薄层中的器件的最大效率提高了37.4%。其次采用的是Pentacene和Rubrene作为实验材料，给体层厚度同样为20 nm，控制Pentacene和Rubrene的混合比例为1:0，3:1，1:1，1:3，0:1。结合实验结果可以看出，Pentacene和Rubrene这两种材料组合中，薄层型结构最高转换效率为1.312%，混合型中为1.580%，提高了20.4%；Rubrene和SubPc这两种材料组合中，薄层型结构中最高转换效率为1.775%，混合型中为2.440%，提高了37.4%。所以看出互相混合型结构可使器件效率得到进一步的提高。

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第一章 绪论

1.1 研究意义和背景

1.2 太阳能电池发展史

1.3 国内外光伏产业的现状

1.4 本论文的主要贡献与创新

1.5 本论文的结构安排

第二章 太阳能电池

2.1 光电太阳能电池的分类

2.2 有机薄膜太阳能电池的基本结构

2.3 有机薄膜太阳能电池的作用原理

2.4 有机薄膜太阳能电池的基本参数

2.5 本章小结

第三章 阴极修饰层和双给体薄层型结构对器件性能的影响

3.1 阴极修饰层器件的制备

3.2 双给体薄层型器件的制备

3.3 本章小结

第四章 双给体互相混合型结构对器件性能的影响

4.1 实验准备

4.2 实验结果及分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果