湿法制备柔性聚合物太阳能电池的研究

摘要

当今，能源危机和环境污染问题日益严重，不同形式的可再生的清洁能源也越来越多的受到全球的关注，太阳能是其中最理想的可再生能源之一。太阳能电池直接把太阳能转化为电能，是可再生清洁能源的主要研究项目。与无机太阳能电池相比，有机聚合物太阳能电池成本低、制作简单、柔性好并且易于大面积制造，是目前光伏领域的研究热点。本论文主要研究了卤代烷烃掺杂的聚合物异质结太阳能电池及其光电性能，并将卤代烷烃的掺杂应用到柔性光伏器件，用湿法制备出柔性衬底上的聚合物太阳能电池。具体内容大致分为三个部分：
　　一、制备了结构为ITO/PEDOT：PSS/P3HT：PCBM/LiF/Al聚合物体异质结光伏器件，及不同型号的P3HT、PCBM组成的结构为ITO/PEDOT：PSS/P3HT-X：PCBM-Y/Ca/Al的光伏器件，研究器件的重复性，实验得出的器件有很好的重复性，器件光电转换效率在1.5％-2.2％之间。制备了结构为ITO/PEDOT：PSS/P3HT：PC61BM/Ca/Al的聚合物光伏器件，研究不同退火温度对器件性能的影响，研究得出真空140℃退火20min时，器件性能最好。
　　二、制备了结构为：ITO/PEDOT：PSS/PCPDTBT：PCxBM/Al的光伏器件，研究PCPDTBT分别与不同比例PC61BM、PC71BM作为异质结是光伏器件的性能，研究中得出PCPDTBT：PC61BM的比例为1:2时器件性能最好，将1，8-Diiodooctane(DIO)掺杂到PCPDTBT：PC61BM、PCPDTBT：PC71BM异质结的器件中，得知，PCPDTBT：PC71BM作为活性层时，DIO掺杂的器件性能提升更明显。研究了不同比例的1，8-Diiodooctane掺杂到PCPDTBT：PC71BM溶液中对器件性能的影响，研究得出当DIO与氯苯的体积比为1％时器件性能最好，较之于未掺杂的器件，其短路电流提升了2.4mA，开路电压提升了0.16V，光电转换效率提高0.61％；其他比例的掺杂较之于未掺杂的器件，器件性能也有明显提高。制备了DIO与氯苯的掺杂体积比为1％，PCPDTBT：PC71BM与P3HT：PCBM作为活性层时器件，研究退火前后器件性能的变化，通过对PCPDTBT：PC71BM与P3HT：PCBM作为活性层时器件退火前后器件性能的对比研究，得知在聚合物异质结中掺杂DIO起到了降低退火温度的作用。
　　三、施法制备了玻璃衬底上的反向聚合物光伏器件，器件结构为ITO/Cs2CO3/P3HT：PCBM/PEDOT，研究了不同热处理方式对器件性能的影响，研究得出，反置可以抑制器件的漏电流，改善器件的性能，其对应的光电流曲线可以发现，其开路电压大大提升，短路电流也有所提高。将1，8-Diiodooctane掺杂应用到柔性光伏器件的制备中，研究掺杂对柔性光伏器件的性能。对比掺杂DIO的柔性光伏器件与未掺杂DIO而进行退火处理的玻璃衬底器件，加入DIO对短路电流和填充因子的提升效果优于刚性器件热处理后的效果，虽然开路电压略有下降，其结果是光电转换率仍稍有提升。加入1.8-二碘辛烷，很好的起到了降低器件退火温度的作用，对于不能进行器件高温退火的柔性衬底，有着重大意义。