基于溶液加工电极界面材料的高效聚合物太阳电池研究

摘要

在太阳能的有效利用中，将太阳能转换成电能的太阳电池是近些年来发展最快、最具活力的研究领域之一。聚合物太阳电池由于在低成本和大面积生产方面的潜在优势而获得了广泛的关注。目前，聚合物太阳电池的能量转化效率的提高和器件稳定性的改善成为主要研究内容。提升能量转化效率和稳定性的核心除了设计、合成高效率的光电活性层材料外，更需设计新型器件结构。本文选择了合适的醇溶性金属复合物作为电极界面修饰层，用于提升聚合物太阳电池的光电转化效率和器件的稳定性。具体研究如下:
　　1、首次以乙酰丙酮铬为前驱体，通过溶液加工的方法低温热退火处理制得CrOx，并将其作为聚合物太阳电池的阳极修饰层。对比PEDOT∶PSS作为修饰层的传统太阳电池，CrOx作为阳极修饰层的太阳电池器件的漏电流减小，短路电流（Jsc）显著增加。通过分析器件I-V曲线，CrOx阳极修饰层可以减小串联电阻(Rs)，并增加器件的并联电阻（Rp）。在AM1.5G，100 mW/cm2模拟太阳光照射下，基于P3HT∶PC60BM活性层体系的太阳电池转换效率可达到4.27％，基于P3HT∶IC60BA活性层体系的太阳电池转换效率可达到6.55％，高于PEDOT∶PSS作为修饰层的传统太阳电池的效率。
　　2、我们以水合草酸铌为前驱体，通过不同的后处理工艺可以调控修饰层的功函。通过测试分析，水合草酸铌修饰层在经过低温热退火和UVO处理之后转化为具有较高功函的NbOx。以其作为阳极修饰层时，基于P3HT∶PC60BM活性层体系的太阳电池，在AM1.5G，100 mW/cm2模拟太阳光照射下，转换效率可达到4.01％，相较于传统太阳电池PEDOT∶PSS作为修饰层时，经过NbOx修饰后器件性能有一定提高。此外，草酸铌本身是一种低功函金属复合物，以其作为阴极修饰层时，基于P3HT∶PC60BM活性层体系的太阳电池在AM1.5G,100 mW/cm2模拟太阳光照射下转换效率可达到3.73％;最后，我们以NbOx为阳极修饰层，以草酸铌为阴极修饰层，以P3HT∶PC60BM为活性层，制备了两修饰层均来源于水合草酸铌的聚合物太阳电池，该太阳电池转换效率可达到3.29％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 简介

1．2．1 聚合物太阳电池的发展

1．2．2 器件结构以及工作原理

1．2．3 器件主要的性能参数

1．3 研究现状

1．3．1 活性层给体材料

1．3．2 活性屡受体材料

1．3．3 界面修饰层材料

1．4 本论文的研究内容与创新之处

第2章 合物太阳电池的制备过程与测试系统

2．1 制备工艺与流程

2．1．1 器件的基本结构

2．1．2 常用实验材料与仪器

2．1．3 器件的制备过程

2．2 器件光伏性能测试

2．3 薄膜性能表征

2．4 材料的物理化学性能

2．4．1 紫外-可见吸收光谱

2．4．2 红外吸收光谱法

2．4．3 X射线光电子能谱

2．4．4 电化学性质表征

2．5 本章小结

第3章 基于溶液加工CrOx阳极修饰层的高效聚合物太阳电池

3．1 引言

3．2 实验内容

3．2．1 实验材料

3．2．2 器件制备过程

3．2．3 性能测试

3．3 结果分析

3．3．1 器件结构与各层薄膜能级的分布

3．3．2 薄膜光学性能分析

3．3．3 薄膜XRD测试

3．3．4 薄膜表面形貌分析(AFM)

3．3．5 薄膜成分的分析

3．3．6 薄膜能级测定

3．3．7 器件性能分析

3．3．8 退火温度对器件性能的影响

3．4 结论

3．5 本章小结

第4章 阴阳两极同时采用醇溶性过渡金属复合物修饰层的高效聚合物太阳电池

4．1 引言

4．2 实验内容

4．2．1 器件制备主需材料

4．2．2 器件制备过程

4．2．3 器件性能测试

4．3 结果分析

4．3．1 器件结构与各层薄膜能级分布

4．3．2 薄膜光学性能分析

4．3．3 器件性能

4．4 结论

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢