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有机太阳能电池制作和特性研究

景广华  
【摘要】:石油,天然气和煤炭等传统能源的逐渐短缺,同时它们的使用还加剧了全球的环境恶化,能源和环境已经成为国际社会普遍关注的问题。而太阳能取之不尽,用之不竭,是洁净的可再生能源。 基于半导体利用光伏效应把太阳能转换成电能的太阳能电池具有很大的潜力和希望。最为广泛采用的传统太阳能电池由于制作成本较高而限制了它们的推广。基于具有共轭结构的有机材料制作的太阳能电池的能量转化率不高,但是制作流程较为简单,常温常压下采用旋涂法即可成膜,做成的器件具有可挠性,轻便易于携带。随着转换效率的不断提高,有机薄膜电池正在成为国际国内研究者普遍看好的研究对象。 有机太阳能电池器件研究以Poly(3-hexylthiophene) (P3HT)混合[6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester (PCBM)作为主动层的研究最具有代表性。本文主要从事以这两种材料为主动层的太阳能电池的制作与电池性能评价工作。研究工作从ITO玻璃刻蚀开始,通过旋涂方式制作空穴传输层PEDOT:PSS。然后将P3HT和PCBM以1:1的比例溶解于氯仿中,配制成浓度为1wt%的溶液,同样用旋涂法制作主动层。金属阴极则采用磁控溅射Al的方式制作。 制作出有机太阳能电池器件之后,通过测试I-V特性曲线和量子效率曲线对电池的特性进行了表征。通过多组电池的测量,评价了电池转换效率的衰减性质。从I-V特性曲线可以看出电池器件已经具备了光电转换功能,但由于电池的短路电流较小,从而导致了整个器件的性能非常低。这样的器件制作工艺仍旧不够成熟,需要优化。从量子效率曲线可以看出,三块电池共同表现出较低的量子效率。这说明制作工艺仍旧存在较大的改进余地。需要对流程中的每一步进行研究,探索优化方案。对衰减特性的研究,我们得到了一些在空气中未进行封装的有机太阳能电池的性能衰减性质。


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