基于共轭聚合物太阳能电池的制备及性能研究

【摘要】：太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源，高效利用太阳能已成为解决能源危机的重要途径之一。太阳能电池（也称光伏电池）作为一种可以将光能转换为电能的电子器件，它的研发一直备受关注。由于无机晶体硅电池制造成本高、加工工艺复杂，其广泛应用受到一定程度的限制。与无机电池相比，有机聚合物太阳能电池具有轻薄、低成本、可卷曲、可溶液成膜和易大面积制备等特点，是一种具有广泛发展前途的电池。相对硅电池的漫长发展历程，有机聚合物电池的发展还很短暂。 本文综述了聚合物太阳能电池的几种典型结构、原理以及发展进程中的热点与主要突破，主要研究了基于聚3-己基噻吩（P3HT）:富勒烯衍生物器件的形貌和反向结构中的阴极界面及基于新型共轭高分子p-型光伏材料的器件性能： 在P3HT:富勒烯衍生物体系常规结构器件中使用高沸点溶剂1,2,4-三氯苯（TCB）作为体系的溶剂，发现由于TCB的极慢挥发速率，P3HT能够更有效的晶化，进而增强薄膜吸收与空穴迁移率，提高电池效率。 通过在氧化锌（ZnO）前驱体中掺杂三甘醇单甲醚（TGME），可以改善ZnO薄膜质量、功函及表面润湿性，影响活性层相分离，这些综合作用使基于P3HT:PCBM体系反结构器件效率较未掺杂ZnO器件提高20%，达到4.7%。 通过研究4种新型聚合物给体材料的光伏效应，我们证实聚合物深陷的最高占据分子轨道（HOMO）能级可以使器件获得较高的开路电压，给体受体质量比显著影响器件性能，添加剂1,8-二碘辛烷（DIO）的应用有选择性地改善器件效率。基于聚（N,N'-(2-乙基己基)异靛蓝-4,8-二(2,3-二己基噻吩)苯并二噻吩）（PID-DTBDT）器件获得：开路电压：0.94V,转化效率：4.02%；基于聚（3,6-二(2-乙基己基)-2,5-二吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮-4,8-二(2,3-二己基噻吩)苯并二噻吩）（PDPP-DTBDT）器件获得：开路电压：0.71V,转化效率：4.24%。 【关键词】：聚合物太阳能电池 形貌 氧化锌 垂直相分离 共轭聚合物
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-32
• 1.1 引言9
• 1.2 太阳能9-11
• 1.2.1 太阳能特点9-10
• 1.2.2 太阳光谱10-11
• 1.3 太阳能电池种类11-13
• 1.4 聚合物太阳能电池13-22
• 1.4.1 聚合物太阳能电池结构13-17
• 1.4.2 聚合物太阳能电池原理及性能参数17-19
• 1.4.3 聚合物太阳能电池材料19-22
• 1.5 聚合物太阳能电池研究热点及进程突破22-25
• 1.6 参考文献25-32
• 第二章 高沸点溶剂对 P3HT：富勒烯衍生物电池性能影响32-54
• 2.1 引言32-33
• 2.2 器件的制备与测量33-35
• 2.2.1 实验材料及设备33-34
• 2.2.2 器件制备34-35
• 2.2.3 器件测量35
• 2.3 结果与分析35-49
• 2.3.1 TCB 对 P3HT:TBC-C60活性层形貌及器件性能影响35-42
• 2.3.2 TCB 对 P3HT:PCBM 活性层形貌及器件性能影响42-49
• 2.4 本章小结49-50
• 2.5 参考文献50-54
• 第三章 TGME 掺杂 ZnO 前驱体对基于 P3HT:PCBM 反结构太阳能电池的研究54-70
• 3.1 引言54-55
• 3.2 器件的制备与测量55-56
• 3.2.1 实验材料55
• 3.2.2 器件制备55-56
• 3.2.3 器件测量56
• 3.3 结果与分析56-66
• 3.3.1 基于未掺杂 ZnO 作为电子选择层器件性能研究56-59
• 3.3.2 基于 TGME 掺杂 ZnO 作为电子选择层器件性能研究59-66
• 3.4 本章小结66-67
• 3.5 参考文献67-70
• 第四章 基于新型共轭聚合物的器件光伏性能的研究70-87
• 4.1 引言70-71
• 4.2 器件的制备与测量71-73
• 4.2.1 实验材料71-73
• 4.2.2 器件制备73
• 4.2.3 器件测量73
• 4.3 结果与分析73-84
• 4.3.1 PID-DTBDT 和 PDPP-DTBDT 光伏性能研究73-82
• 4.3.2 PBDTOOZ 和 PDTBDTOOZ 光伏性能研究82-84
• 4.4 本章小结84-85
• 4.5 参考文献85-87
• 第五章 全文总结及展望87-89
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文89-90
• 致谢90-91

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