基于MEH-PPV∶PCBM聚合物太阳能电池性能影响因素的研究

摘要

太阳能电池是一种可直接将太阳能转化为电能的装置。本论文主要针对影响体异质结有机太阳能电池性能的因素进行研究,期望进一步提高其性能。主要工作包括以下内容:
　　 1.研究不同掺杂浓度及退火对体异质结有机太阳能电池的器件性能的主要影响。
　　 首先研究不同掺杂浓度对MEH-PPV:PCBM(1:3至1:5)体异质结有机太阳能电池对器件性能的影响。实验结果表明,MEH-PPV:PCBM器件最佳的掺杂浓度为1:4。
　　 首先,对器件进行150℃退火8分钟,可以促进有机层内部的相分离,防止载流子成对复合,提高有机材料的结晶性,改善载流子迁移率,使器件性能得到了提高。然后,选用不同温度(80℃退火8分钟、220℃退火8分钟)和梯度化温度(80℃退火4分钟后150℃退火4分钟)进行退火处理。实验结果表明,采用阶梯型退火处理可以促进器件有机材料间的相分离,形成更好的互传网状结构,提高器件激子解离效率;150℃退火可以更好地降低器件串联电阻,提高载流子迁移率,平衡载流子输运,提高器件填充因子。
　　 2.对基于MEH-PPV:PCBM的体异质结有机太阳能电池进行阳极修饰,蒸镀15nmMoO3。MoO3作为阳极修饰层不影响器件的光透过率,也不会显著提高有机层的吸收光谱,会在金属/氧化物/有机物界面处形成电偶极层,电偶极层会增强器件的内建电场势,增强激子解离和收集效率,从而提高器件性能;同时,MoO3也会起到光学缓冲层的作用。在内部光场强度分布,通过提高器件有效吸收区域与太阳光入射强度分布的匹配度优化器件性能。阳极修饰的厚度不同而对器件性能的优化存在差异。随着MoO3厚度的提高,内建电场势的变化存在临界厚度,超过这一厚度,内建电场势不再继续提升;随着器件厚度提升,短路电流和能量转换效率均会逐步提升,在实际厚度与临界厚度的大小关系不同时,器件性能提高的影响因素不同。
　　 3.在基于MEH-PPV:PCBM的体异质结有机太阳能电池的基础上,进一步混掺不同浓度配比的PVK溶液的尝试。由于MEH-PPV的空穴迁移率较PCBM的电子迁移率小一个数量级以上。因此,我们希望通过掺杂空穴传输材料PVK而希望提高空穴迁移率;同时,由于PVK的光致发光光谱与有机层材料主要吸收光谱存在重叠,因此利用PVK材料与MEH-PPV:PCBM之间的自吸收提高器件对太阳光能量的利用效率。实验表明,掺入PVK可能破坏给受体材料接触面积,但如果进一步提高PCBM掺杂浓度配比可以恢复给受体材料的接触,改善互穿网状结构,提高激子解离效率。PVK材料受到太阳光激发产生光致发光可以提高MEH-PPV:PCBM的吸收,增加太阳光利用效率。PVK材料的空穴迁移率较高,可以改善空穴迁移率较低的情况,但由于引入PVK会降低MEH-PPV:PVBM的配比,因此要在提高载流子迁移率与降低吸收效率之间寻找较好的平衡点。

目录

文摘

英文文摘

致谢

序

1 引言

2 有机太阳能电池基础知识的介绍

2.1 有机太阳能电池基本原理

2.2 有机太阳能电池的主要材料

2.3 有机太阳能电池的主要结构

2.4 有机太阳能电池的伏安特性曲线及相关特性参数

3 本论文的主要工作

4 不同掺杂浓度和退火对体异质结太阳能电池器件性能的影响

4.1 有机太阳能电池器件的制备

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

5 阳极修饰层MoO3对器件性能的影响

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

6 在MEH-PPV:PCBM体异质结太阳能电池中掺杂PVK的尝试

6.1 实验部分

6.2 结果与讨论

6.3 本章小结

7 结论

参考文献

附录 A

索引

作者简历

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