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基于三元体系混合物有机太阳能电池的研究

范学东  
【摘要】: 当今世界,能源问题是世界各国经济发展的首要问题。相对于无机太阳能电池,有机聚合物太阳能电池由于其所具有的轻薄、材料来源广泛、低成本、可卷曲、可大规模制备等潜在的优点而成为人们近年来关注的热点。本论文围绕有机聚合物体异质结太阳能电池开展研究工作,主要内容及结论如下: 首先是以MEH-PPV、P3HT、PCBM三种有机聚合物作为基础,配制不同质量比例的溶液制备器件ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:P3HT:PCBM/Al。当质量浓度比按MEH-PPV:P3HT:PCBM=3:3:15(mg/ml)进行混合时,器件的性能较佳,此时其PCE (Power Conversion Efficiency)=0.39%, Jsc=2.89 mA/cm2, Voc=0.60V,FF=22.3%。此时该混合物之间能形成较优化的界面,提高了激子的分离效率。而且实验结果显示三种有机聚合物混合后的吸收光谱拓宽,能够吸收更多的入射光子。 其次在上述研究的基础上,对所制备的器件进行了不同退火方式的处理。经过研究比较,得出镀铝电极后的器件在140℃下退火15分钟,器件的性能最佳,此时PCE=0.69%, Jsc=3.34 mA/cm2, Voc=0.75 V, FF=27.5%。研究发现,此时聚合物之间形成优化的界面,形成相互贯穿的网络体系,有利于电子和空穴在各自的传输层内传输从而减少复合,增加电荷到达各自电极的几率,增加短路电流。 最后研究了LiF插入层和Ag电极对器件性能的影响。由于LiF能够修饰阴极,减少铝原子向有机功能层中的渗透,实验结果显示,0.3-0.6 nm的LiF薄层使得器件性能得到进一步的提升。


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