SCNTs和PPDIF应用于聚合物太阳能电池中的研究

【摘要】：太阳能电池在能源紧缺的现代社会越来越受到重视。本论文主要针对无机材料单壁碳纳米管(SCNTs)和新型有机受体聚合物PPDIF对体异质结太阳能电池性能的影响进行研究。主要工作内容如下： 1. SCNTs具有良好的电荷传输性能,利用其作为载流子传输层改善体异质结聚合物太阳能电池。实验表明,SCNTs/P3HT:PCBM界面处,SCNTs与聚合物的高分子链连接处存在很强的能量转移,载流子能够通过SCNTs迅速传导到相应的两极中,避免聚集在活性层中重新复合,使得短路电流增大13.58%,填充因子提高6.45%,效率提高0.54%。 2.在P3HT:PCBM体异质结太阳能电池中活性层掺杂SCNTs,1wt%的掺杂使器件短路电流增大15.73%,填充因子提高至1.68倍。同时会导致活性层/电极接触界面会形成势垒,减弱内建电场强度,器件稳定性下降,使得开路电压由0.63V降低至0.34V。并且超过1wt%的掺杂量会在活性层中发生团聚,破坏给受体互穿网络结构。 3.为验证PPDIF具有受体材料的光伏特性,制备了不同掺杂比为2：1、1：1、1：2、1：4的MEH-PPV:PPDIF体异质结太阳能电池,得到最佳配比1：1,对该配比器件进行90到180℃退火处理,实验结果表明150℃退火处理使得器件效率为未处理的近5倍。通过AFM的薄膜表征可以观察到薄膜粗糙度明显增大,使活性层和电极间的接触面积变大,且容易形成欧姆接触,提高填充因子。 4.基于P3HT:PPDIF体异质结太阳能电池研究2：1、1：1、1：2、1：4的掺杂比后得到最佳配比是1：1,退火处理的最佳温度是120℃。退火后效率达到MEH-PPV体系的约1.25倍,开路电压基本相等。但这两种体系的光电转换效率都在10-2%量级,因此PPDIF作为红色晶型的花酰亚胺材料需要在载流子传输效率、光谱响应范围等方面进行改进。