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有机/聚合物太阳能电池:活性层结构、形貌及光伏性能

薛丽丽  
【摘要】: 有机小分子及聚合物材料为基础的有机太阳能电池具有材料分子结构可设计性、质量轻、制造成本低、柔性、可大面积成膜等优点,近年来备受关注。本论文主要围绕光伏材料的分子结构,活性层结构、形貌与器件性能的关系展开研究。主要内容及结论如下: 1.以MEH-PPV作为给体材料,PCBM作为受体材料,通过简单的溶液旋涂法,成功制备了平面扩散型聚合物太阳能电池。该种方法制备的太阳能电池表现出很强的溶剂依赖性。快速挥发的CF溶液制备的器件性能高于慢挥发的氯苯溶液所制备的器件。通过调整底层MEH-PPV厚度来调控顶层PCBM向底层MEH-PPV的渗透程度,获得了活性层对光的吸收与载流子分离、传输相互协同条件下的最佳器件性能0.9%。 2.将对称结构的D-π-A-π-D型有机红光染料小分子DADP应用于有机太阳能电池。详细地研究了DADP的分子结构与其热学性质、光物理性质、电化学性质之间的关系。将DADP分别作为给体、受体、敏化剂制备体异质结太阳能电池。DADP作为给体,PCBM作为受体的太阳能电池能量转换效率达到1.5%,退火处理对器件性能没有明显改善;P3HT作为给体,DADP作为受体,给受体组分比为1:1的太阳能电池,热退火处理后,开路电压得到提升,能量转换效率达到0.64%;DADP为敏化剂的P3HT:DADP:PCBM染料敏化体异质结太阳能电池,通过调整三种材料的组分比,能量转换效率达到1.14%。 3.三种D?A型交替共聚物PFTMT,PPTMT,PDTTMT,具有相同的受体基团,不同的给体基团。研究了给体基团的改变对聚合物的光学性质、分子构型、电子结构的影响。将它们作为给体材料,PCBM作为受体材料,制备了体异质结太阳能电池。系统地研究了内在因素(给受体材料间的相互作用)和外在因素(溶剂的选择、给受体组分比)对活性层形貌的影响。强调了由分子结构所引起的给受体间的相互作用是影响活性层形貌的重要因素。


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