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《苏州大学》 2015年
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高效稳定的有机太阳能电池的界面研究

许美凤  
【摘要】:有机太阳能电池因其操作工艺简单、材料来源广泛、能够制备大面积柔性器件、生产成本低廉等而受到大家的广泛关注。在现在能源匮乏的时代,有机太阳能电池的研究对于新能源的开发和应用具有重要意义和潜在价值。目前有机聚合物太阳能电池的转化效率已经达到12.0%以上,但是还有很多问题亟待解决,特别是有机聚合物太阳能电池的稳定性问题;而且目前广泛使用的界面材料大部分使用有机溶剂溶解,不利于生态环境的发展。有机无机杂化太阳能电池效率虽然已经达到20%,但是还有很多问题没有研究清楚。为了解决这些问题,我的研究工作旨在提高有机太阳能电池的效率和稳定性,并从环境保护的角度研究和开发对环境友好的器件制备新工艺,以及从器件物理的角度加深对器件机理的理解。研究内容主要包括以下几个方面:1.用去离子水作为“绿色”溶剂,制备了一系列的水溶性界面材料。这些材料成功地取代了PEDOT:PSS,提高了器件性能,特别是提高了聚合物太阳能电池的稳定性。我们制备的水溶性界面材料主要包括过渡金属氧化物MoO3、V2O5,非过渡金属氧化物GeO2等。用水溶性MoO3制备的器件效率和基于PEDOT:PSS的器件相当,但是器件的稳定性得到了很大的提高;而用V2O5和GeO2制备的器件的无论是效率还是稳定性都比基于PEDOT:PSS的器件高。通过对器件光场分布的模拟计算,可以观察到在模拟的V2O5和GeO2薄膜器件中,光场强度都很高。同时,我们发现基于水溶性的V2O5和GeO2的器件复合率较小,载流子寿命较长,而且和ITO的界面接触电阻小。2.Cs2CO3由于其高电子注入能力,被广泛运用于有机电致发光器件中。Cs2CO3在极性溶剂中有很好的溶解度,可以进行溶液加工。因此,我们用水溶性MoO3和Na2WO4对Cs2CO3进行掺杂以调节Cs2CO3的能级。掺杂过后的阴极界面层被成功地运用在P3HT和IC60BA体系的聚合物太阳能电池中。和纯的Cs2CO3相比,器件的Voc明显升高了,器件的效率从3.27%提高到5.25%。我们用X-射线光电子能谱仪(XPS)和紫外光电子能谱仪(UPS)对其能级进行了进一步探索。在水溶性MoO3和Na2WO4掺杂的Cs2CO3薄膜材料中,我们发现了新的物质的生成即Cs的复合体材料:Cs-O-Mo和Cs-O-W。3.在聚合物太阳能电池中,活性层对太阳光的吸收以及活性层中电子空穴的扩散均对活性层厚度有要求,但两者的要求不一样。因此,我们需要控制活性层的厚度,使之在这两方面能达到一个平衡。而金属纳米粒子的局域等离子共振可通过入射太阳光和金属粒子周围电磁场所引起的共振,在不需要增加活性层厚度的情况下来增强器件的Jsc。我们把金纳米粒子和银纳米粒子掺杂在阴极界面层TiO2中,用反置的聚合物体异质结结构来研究金纳米粒子和银纳米粒子的局域等离子共振效应。在TiO2中分别掺杂金纳米粒子和银纳米粒子后,器件的开路电压基本保持不变,而器件的Jsc有所提高。在一定浓度的银纳米粒子掺杂后,器件的效率可提高到7.52%,比没有掺杂的器件效率提高了20.7%。我们系统地研究了金纳米粒子和银纳米粒子在器件中的影响,包括金属纳米粒子的尺寸、表面形貌、稳态和动态的光致发光谱、金属纳米粒子电场分布的理论计算等。4.为了改善钙钛矿型材料CH3NH3PbI3的成膜情况,我们用两步法对钙钛矿型材料进行退火,所使用的温度很低(60°C和90°C),退火时间不超过一个小时。而通常的文献报道中,退火温度都要达到100°C。如用更低的温度退火时,制备出来的器件效果不好,且退火时间超过一个小时,有的甚至用两个小时。采用我们的方法所制备出来的器件其性能得到了很大的提高。除了两步法以外,我们还用一种新的退火方式对钙钛矿型薄膜进行处理,通过慢退火逐渐升高退火的温度,用这种方法制备出来的钙钛矿型材料的薄膜结晶性好,表面平整度高,器件的平均效率可以达到13.3%,其中最高的效率可以达到14.9%。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM914.4

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 段晓菲,王金亮,毛景,裴坚;有机太阳能电池材料的研究进展[J];大学化学;2005年03期
2 侯文涛;;新能源行业:聚光太阳能(CPV)将成为2010的冉冉之星[J];股市动态分析;2010年11期
3 杜官本,华毓坤,崔永杰,王真;微波等离子体处理木材表面光电子能谱分析[J];林业科学;1999年05期
4 倪萌,M K Leung,K Sumathy;太阳能电池研究的新进展[J];可再生能源;2004年02期
5 赵宏图;;国际能源转型现状与前景[J];现代国际关系;2009年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵文甲;司晶星;;有机太阳能电池研究近况[J];保定学院学报;2009年04期
2 寿莎;黄仕华;;对太阳能电池研究进展的探究[J];交通节能与环保;2009年01期
3 任斌;赖树明;陈卫;黄河;;有机太阳能电池研究进展[J];材料导报;2006年09期
4 张蓉;李锦堂;傅翠梨;罗学涛;;苯并咪唑类光电功能配合物的研究进展[J];材料导报;2011年13期
5 马芳;马洪芳;王艺涵;丁严广;;溶胶-凝胶法制备太阳能薄膜的研究及展望[J];材料导报;2011年23期
6 鄢红陵;张秋禹;张力;张军平;尹常杰;;太阳能电池在飞艇上的应用研究进展[J];材料科学与工程学报;2008年05期
7 邓姝皓;刘丹;王之顺;熊依林;李洪飞;;塑料太阳能电池的研究现状与进展[J];材料开发与应用;2008年04期
8 杜官本;孙照斌;黄林荣;;微波等离子体处理对柚木表面润湿性的影响[J];东北林业大学学报;2007年12期
9 赵晶;赵争鸣;周德佳;;太阳能光伏发电技术现状及其发展[J];电气应用;2007年10期
10 张霄;;有机光伏材料与器件研究的新进展[J];电子世界;2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 解林坤;邓启平;;氧气低温等离子体脱除中密度纤维板中游离甲醛的研究[A];第二届中国林业学术大会——S11 木材及生物质资源高效增值利用与木材安全论文集[C];2009年
2 Hongyan Wang;Guanben Du;Rongbo Zheng;Hui Wang;Qin Li;;Bonding Performance of Wood Treatment by Oxygen and Nitrogen Cold Plasma[A];北京粘接学会第二十三届学术年会暨粘接剂、密封剂技术发展研讨会论文集[C];2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周天雷;丙二腈取代烷基喹吖啶酮化合物的合成、结构与光伏特性研究[D];吉林大学;2011年
2 苏润洲;木质材料表面装饰用材的光致变色机理的研究[D];东北林业大学;2011年
3 宋辉;我国可再生能源供给的市场特征与激励机制研究[D];中国矿业大学;2011年
4 王宁;无线传感器网络激光主动供能关键技术研究[D];重庆大学;2011年
5 王丽丹;纳米ZnO基有机/无机复合光伏器件研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
6 马建英;国内结构与制度影响:国际气候制度在中、美两国的影响研究(1990-2010)[D];复旦大学;2011年
7 颜婷婷;黄、红麻纤维的木质素结构特征及其脱胶研究[D];东华大学;2011年
8 覃道春;铜唑类防腐剂在竹材防腐中的应用基础研究[D];中国林业科学研究院;2004年
9 张庆辉;聚合物能带的调控及其在光伏器件中的应用[D];浙江大学;2006年
10 刘自然;基于二氧化钛与聚苯胺太阳能电池的研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 石德晖;染料敏化太阳能电池电极改性研究[D];长沙理工大学;2010年
2 雷亮;太阳能电池用上转换荧光粉的制备与性能表征[D];华东理工大学;2011年
3 杨凌云;竹纤维/聚丙烯复合材料的研究[D];中南林业科技大学;2007年
4 彭丽娟;基于噪声的太阳能电池检测方法[D];西安电子科技大学;2010年
5 王欣欣;低碳经济背景下煤炭企业财务风险管理机制研究[D];太原理工大学;2011年
6 张路宁;聚合物/ZnO杂化太阳能电池的制备[D];北京交通大学;2011年
7 赵金霞;含侧链吸附基团的光敏染料在染料敏化太阳能电池中的应用[D];大连理工大学;2011年
8 赵勇;含噻吩基菲咯啉衍生物的合成与性质研究[D];西南大学;2011年
9 刘杨;聚乙烯木塑复合材料的等离子体表面处理及其表面特性研究[D];东北林业大学;2011年
10 张国宏;NiO_x/a-Si/ZnO太阳能电池研究[D];电子科技大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 欧年华;木材表面化学特征的ESR与ESCA分析[J];北京林学院学报;1982年03期
2 黄宝圣;太阳能电池的新进展[J];化学教育;2002年Z1期
3 史素姣,钟江帆,姜志宏,刘明大;高效率聚合物薄膜太阳能电池[J];光电子·激光;1997年03期
4 高翔;;IEA:气候变化政策与能源发展[J];国际石油经济;2009年02期
5 邓先宇,俞钢,曹镛;聚合物光诱导电荷转移光电池的研究进展[J];固体电子学研究与进展;2002年03期
6 黄颂羽,邓慧华,蓝闽波,陆祖宏;有机p-n异质结固态太阳能电池中的激子和载流子输运[J];化学物理学报;1997年02期
7 杜官本,华毓坤,王真;微波等离子体环境下木材表面蚀刻[J];林业科学;1999年02期
8 杜官本,华毓坤,王真;微波等离子体处理对杉木表面性能的影响[J];木材工业;1998年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;有机太阳能电池[J];军民两用技术与产品;2001年05期
2 ;德国研制成有机太阳能电池[J];东北电力技术;2001年07期
3 ;德研制成有机太阳能电池[J];世界科技研究与发展;2001年02期
4 严肃;有机太阳能电池即将产业化[J];中南民族大学学报(自然科学版);2002年04期
5 李炳田,任斌,黄河;有机太阳能电池研究进展[J];中山大学学报(自然科学版);2003年S1期
6 李锋;网印有机太阳能电池[J];丝网印刷;2005年07期
7 G.Dennler,N.S.Sariciftci;共轭聚合体有机太阳能电池:从基础研究到发展现状(英文)[J];光散射学报;2005年03期
8 段晓菲,王金亮,毛景,裴坚;有机太阳能电池材料的研究进展[J];大学化学;2005年03期
9 任斌;赖树明;陈卫;黄河;;有机太阳能电池研究进展[J];材料导报;2006年09期
10 李甫;徐建梅;张德;;有机太阳能电池研究现状与进展[J];能源与环境;2007年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 范斌;田清勇;白华;;可溶性小分子有机太阳能电池[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 陳隆建;陳正強;李宜璇;;可挠式有机太阳能电池之发展技术[A];海峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2009年
3 刘艳;曾庆华;张宪玺;姜建壮;;卟啉、酞菁类有机太阳能电池材料的研究进展[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
4 陈涛;仰志斌;彭慧胜;;基于碳纳米管纤维的有机太阳能电池[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
5 仰志斌;陈涛;何瑞旋;彭慧胜;;基于取向碳纳米管膜的柔性有机太阳能电池[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
6 张坚;杨栋;周玲玉;陈令成;赵斌;李灿;;化学改性氧化石墨烯作为有机太阳能电池空穴传输层[A];2012年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会(暨第十二届全国高分子液晶态与超分子有序结构学术论文报告)会议论文集[C];2012年
7 赵仪;;有机太阳能电池中的相干电荷和能量转移[A];第十三届全国化学动力学会议报告摘要集[C];2013年
8 唐卫华;海杰峰;朱恩伟;卞临沂;;有机太阳能电池用的二维窄带隙聚合物研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题G:光电功能高分子[C];2013年
9 易院平;韩广超;沈星星;;有机太阳能电池电子过程的理论模拟[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第17分会:光电功能器件[C];2014年
10 马廷丽;;柔性及叠层薄膜有机太阳能电池研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 顾钢;德支持企业开发有机太阳能电池[N];科技日报;2007年
2 记者 毛黎;美评估有机太阳能电池对环境的影响[N];科技日报;2010年
3 本报驻美国记者 田学科;突破有机太阳能电池技术瓶颈[N];科技日报;2012年
4 刘霞;控制电子自旋可提高有机太阳能电池的效率[N];科技日报;2013年
5 记者 邰举;叠层型有机太阳能电池接近商用[N];科技日报;2007年
6 蔡佳;美国研发可拉伸有机太阳能电池[N];中国建材报;2011年
7 华凌;小分子有机太阳能电池增效50%[N];科技日报;2013年
8 本版编辑张浩 郑晓春 邓国庆 毛黎 何屹 顾钢 何永晋;2007年世界科技发展回顾(七)[N];科技日报;2008年
9 记者 马悍德;青海有机太阳能电池研发获重大进展[N];科技日报;2014年
10 记者 贾明;青海有机太阳能电池研发取得重大进展[N];青海日报;2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许美凤;高效稳定的有机太阳能电池的界面研究[D];苏州大学;2015年
2 刘小锐;几种有机太阳能电池供体材料的光伏性能[D];西南大学;2015年
3 于伟利;电沉积制备聚噻吩有序微结构及有机太阳能电池[D];吉林大学;2009年
4 乔芬;基于聚合物的有机太阳能电池的研制与表征[D];大连理工大学;2010年
5 陈向东;有机太阳能电池中的光物理过程研究[D];合肥工业大学;2010年
6 马朝柱;有机太阳能电池电学模型与数值研究[D];兰州大学;2011年
7 陈丽佳;有机太阳能电池界面过程的研究[D];西南大学;2014年
8 杨倩倩;可溶性小分子方酸菁有机太阳能电池的制备及其性能研究[D];北京交通大学;2015年
9 黄江;有机太阳能电池的电荷转移态等效电路和多重电荷分离界面研究[D];电子科技大学;2012年
10 晋芳铭;有机太阳能电池结构设计与性能改善研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年
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1 史绍华;有机太阳能电池中电极修饰的研究[D];大连理工大学;2012年
2 丰艳婷;有机太阳能电池中光诱导电荷转移的理论研究[D];辽宁大学;2015年
3 万瑛博;富勒烯二加成衍生物的核磁共振波谱研究[D];苏州大学;2015年
4 范学东;基于三元体系混合物有机太阳能电池的研究[D];北京交通大学;2010年
5 周子游;银纳米颗粒表面等离子体增强有机太阳能电池研究[D];中南大学;2010年
6 乔琳芳;利用纳米材料的光学特性提高有机太阳能电池效率的研究[D];浙江大学;2011年
7 刘峰;体异质结有机太阳能电池光电性能的研究[D];电子科技大学;2011年
8 苏梦蟾;聚合物有机太阳能电池器件的研究[D];北京交通大学;2007年
9 邢宏伟;有机太阳能电池的数值研究[D];兰州大学;2008年
10 景广华;有机太阳能电池制作和特性研究[D];河南师范大学;2011年
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