基于BDT体系窄带隙聚合物太阳能电池的研究

【摘要】：摘要：随着社会经济的发展,不可再生能源逐渐消耗殆尽,能源不合理的开发利用带来了严重的环境问题。要实现可持续发展的战略目标,必须依靠科技进步,积极的寻找和开发利用可再生的能源,如水能、风能、太阳能等。其中,太阳能能源丰富,具有很大的应用潜力,太阳能电池已经成为当今世界作为清洁可再生能源的主要研究目标之一。近年来,导电聚合物的快速发展使得开发低成本有机太阳能电池成为可能。有机高分子材料由于兼有聚合物的可加工性和柔韧性,具有巨大的潜在应用价值。本文主要研究了基于BDT体系窄带隙导电聚合物太阳能电池,分别采用优化阳极缓冲层和采用多元溶剂以及溶剂退火的方法提高器件的能量转换效率。 我们基于窄带隙聚合物PBDTTT-C和富勒烯衍生物PC71BM作为活性层,分别研究了LiF (1nm), PEDOT:PSS, PEDOT:PSS/LiF (1nm)不同阳极缓冲层对聚合物太阳能电池性能的影响。分析表明,在PEDOT:PSS与有机层之间插入绝缘超薄层LiF,器件的短路电流和填充因子有了显著提高,得到最高的短路电流为13.70mA/cm2,填充因子为49.1%,开路电压为0.73V,光电转换效率为4.91%,这与仅用PEDOT:PSS作为阳极缓冲层相比较,其光电转换效率提高了26.2%。分析表明：器件性能的改善归因于LiF修饰层可以提高阳极对空穴的收集能力,同时改善了PEDOT:PSS与有机层的界面。 我们基于PBDTTT-EFT:PC71BM体系的有机太阳能电池,通过不同的多元溶剂调控活性层形貌,器件的能量转换效率得到了明显地提升,其中采用DCB/CB/DIO三元混合溶剂,得到较高的短路电流和填充因子,而开路电压保持稳定,获得最高的能量转换效率6.67%。我们又采用CF溶剂退火的方法,进一步优化了活性层形貌,器件的效率由6.67%提高到7.58%。这说明溶剂体系的理性选择对器件的性能提升有重要的影响,也为高效率材料的器件优化提供了一个新的途径。 【关键词】：光电器件 窄带隙聚合物 太阳能电池 阳极缓冲层 混合溶剂 溶剂退火
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序言9-11
• 1 引言11-19
• 1.1 有机太阳能电池的概述11-15
• 1.2 有机太阳能电池的光电特性15-16
• 1.3 有机太阳能电池的材料16-19
• 2 优化阳极缓冲层提高聚合物太阳能电池效率的机理研究19-28
• 2.1 阳极缓冲层的研究背景19
• 2.2 器件的制备19-22
• 2.3 实验结果与分析22-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 多元溶剂法提高聚合物太阳能电池效率的机理研究28-39
• 3.1 多元溶剂法的研究背景28-29
• 3.2 器件的制备29-30
• 3.3 实验结果与分析30-38
• 3.4 本章小结38-39
• 4 溶剂退火提高聚合物太阳电池效率的机理研究39-46
• 4.1 溶剂退火法的研究背景39-40
• 4.2 器件的制备40-41
• 4.3 实验结果与分析41-45
• 4.4 本章小结45-46
• 5 结论46-47
• 参考文献47-53
• 学位论文数据集53

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