有机太阳能电池新型器件优化工艺及其对光伏性能的影响

摘要

随着资源短缺，环境污染等问题的日益突出，寻找绿色环保的清洁可替代能源成为21世纪人类面临的重要问题。太阳能可以说是大自然中取之不尽，用之不竭的绿色能源，利用太阳能发电，为解决环境和能源问题提供了可能。近年来，聚合物有机太阳能电池由于具有质量轻，成本低，可制备柔性器件，可大面积加工等优点，受到了人们的广泛关注。本论文主要使用新型聚合物给体材料制备器件，进行工艺优化及性能分析;开发探索创新型器件优化工艺，并探究了不同处理工艺对光伏性能的影响及机理。主要结果如下:
　　1、以课题组自制的新型D-π-A-π-A聚合物PC-TBTBT-L，PC-TBTBT-H做给体，以富勒烯衍生物PC71BM做受体，制备了基于ITO/PEDOT:PSS/Polymer:PC71BM/Ca/Al传统结构的太阳能电池器件。并通过调控给受体配比，溶液浓度，溶剂，添加剂，退火，甲醇后处理等工艺对器件进行了优化，最终得到了在AM1.5G，100 mW/cm2的光照条件下，基于PC-TBTBT-H: PC71BM的器件，Voc=0.99 V,Jsc=9.70 mAcm-2，FF=0.48，PCE=4.74％，光电性能与D-π-A型聚合物PC-TBT(PCE=4.05％)相比，具有明显的提升。并从外部量子效率，载流子迁移率和薄膜表面形貌特征等方面对器件结构与性能的关系进行了分析。
　　2、报道了一种新型后处理工艺方法，即采用双极性溶剂二甲基亚砜(DMSO)旋涂后处理PEDOT:PSS空穴传输层，制备了基于PCDTBT:PC71BM的太阳能电池。结果表明，使用该工艺制备的器件，短路电流和填充因子同时提高，电池效率达到6.52％，比未使用该工艺的对照器件效率(5.95％)提升了10％。并通过薄膜表面成分，阻抗，载流子迁移率等方面对该工艺方法的作用机制进行了分析。
　　3、报道了一种新型二元添加剂体系，即采用高沸点溶剂DMSO与二苯醚(DPE)作为共添加剂，制备了基于PCDTBT:PC71BM的正型太阳能电池，电池效率达到7.13％，比使用单一的DMSO或DPE添加剂的对照组器件效率(～6.50％)提升近10％。并探究了二元添加剂体系对器件性能的影响机制。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 光伏效应及光伏器件

1．2．1 光伏器件的工作原理

1．2．2 光伏器件的性能参数

1．3 太阳能光伏器件的发展历程

1．3．1 光伏器件结构的发展

1．3．2 光伏器件材料的发展

1．3．3 光伏器件制备工艺的发展

1．4 课题的研究内容及意义

第二章 器件的制备及表征

2．1 引言

2．2 材料与试剂

2．3 仪器设备

2．4 器件的制备过程

2．5 器件的性能表征

2．5．1 电学表征

2．5．2 光学表征

2．5．3 其他表征

第三章 新型D-π-A-π-A型共轭聚合物的光伏性能

3．1 引言

3．2 聚合物结构与性能

3．3 实验部分

3．3．1 材料与试剂

3．3．2 工艺优化过程

3．3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

第四章 DHSO溶剂后处理PEDOT：PSS层工艺

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 材料与试剂

4．2．2 工艺方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 光电性能

4．3．2 PEDOT：PSS表面组成及电阻

4．3．3 载流子迁移率

4．3．4 薄膜形貌特征

4．3．5 普适性

4．4 本章小结

第五章 新型二元添加剂体系

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 材料与试剂

5．2．2 工艺方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 光电性能

5．3．2 激子生成率与激子解离率

5．3．3 载流子迁移率

5．3．4 活性层形貌

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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