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基于聚合物的有机太阳能电池的研制与表征

乔芬  
【摘要】: 有机聚合物太阳能电池具有材料来源广泛、制作成本低、重量轻、制备工艺简单、易于大规模生产等突出优势,显示出巨大的开发潜力,因而成为近些年有机光电器件研究的前沿热点领域之一。 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。选取新型合成的有机小分子和窄能隙聚合物拓宽对太阳光的吸收范围;采用微波退火提高材料的结晶度和电导率;使用碳纳米管作阳极以增强空穴注入和传输的能力。具体的内容及结论如下: 1、采用新型氟硼配合物PIDB作为电子受体,MEH-PPV为给体,制备结构为ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:PIDB/A1的体异质结电池。结果显示,与MEH-PPV相比,PIDB与MEH-PPV的混合薄膜在可见区的吸收范围扩展大约30nm。随着PIDB掺杂比例的不同,电池的光电性能也随之有着明显的变化。当MEH-PPV与PIDB的质量比为1:1时,电池的光电性能最佳,开路电压(VOC)为0.59V,填充因子(FF)为0.54,光电转换效率(η)达到0.31%。阻抗谱分析推断,三个器件相差较大的填充因子是由器件的电阻效应所致。 2、以基于二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]吡咯(简称DTP)的两种窄能隙聚合物DTP-BTD和DTP-BH-BTD为电子给体,PCBM为受体,分别制备结构为ITO/PEDOT:PSS/DTP-BTD:PCBM/A1和ITO/PEDOT:PSS/DTP-BH-BTD:PCBM/A1的体异质结电池。结果显示,DTP-BTD和DTP-BH-BTD的吸收范围延伸到700nm左右,外量子效率的测试也进一步表明,在450nm和600nm附近有峰值响应。基于DTP-BH-BTD的电池呈现出较高的光电性能,JSC为3.16mA/cm2,VOC为0.4V,FF为0.44,η达到0.51%。 3、对ITO/PEDOT:PSS/F8T2:PCBM/Au体异质结电池分别采用微波和退火炉进行退火处理,对电池的光电特性进行比较。结果显示,经微波(2.45GHZ,600W)多模式下处理90s后的电池,则表现出较高的光电特性:JSC(3.66mA/cm2)、VOC(0.61V)FF(0.53),η达到1.18%,比退火炉70℃处理15min的电池的77提高约30%。电池性能的提高得益于微波退火后F8T2与PCBM之间相分离的改善,聚合物分子链发生一定的取向,为载流子的传输形成路径。另外,微波不仅对活性层材料层有着退火作用,而且对金属电极也有着影响,微波退火后,电极与活性层之间的欧姆接触得到很好地改善。 4、以具有高导电性与高透射率的单壁碳纳米管作阳极材料,制备结构为CNT/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/A1的电池,并与ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/A1电池,作了光电性能方面的比较。结果表明,以CNT衬底的器件在温度150℃退火15min的条件下,性能最佳:JSC(4.01mA/cm/)、VOC(0.614V)、FF(0.50),η达到1.22%。对实验中所出现的薄膜分区现象进行分析和探讨,得到一些有价值的结果和经验。


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