【摘要】：太陽(yáng)能是最清潔的可再生能源之一,發(fā)展太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)對(duì)解決能源危機(jī)和生態(tài)環(huán)境問(wèn)題有著非常重要的意義,特別是有機(jī)的聚合物太陽(yáng)能電池(Polymer Solar Cells,PSCs)具有成本低、質(zhì)輕、易于實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)以及可柔性制作等特點(diǎn),使其在光電轉(zhuǎn)化效率和大規(guī)模應(yīng)用等方面具有潛在的優(yōu)勢(shì)。PSCs的發(fā)展非常迅速,能量轉(zhuǎn)化效率(Power Conversion Efficiency,PCE)已超過(guò)了10%,發(fā)展PSCs商業(yè)化應(yīng)用迫在眉睫。目前,體異質(zhì)結(jié)(bulk heterojunction,BHJ)PSCs的研究最為廣泛,其活性層由聚合物給體與富勒烯衍生物受體混合可以有效促進(jìn)激子解離。然而該類PSCs活性層通常較薄,一般在100 nm左右時(shí)效率最優(yōu),薄的活性層不僅影響了材料的吸光效率且其厚度的微小變化對(duì)器件效率和穩(wěn)定性影響很大,不利于采用噴墨打印或卷對(duì)卷工藝進(jìn)行大面積制備生產(chǎn),也是制約PSCs的PCE的因素之一。本論文結(jié)合新型寬光譜、高載流子遷移率的DPP類聚合物材料,針對(duì)傳統(tǒng)的器件優(yōu)化方法對(duì)活性層厚度的影響進(jìn)行了研究,期望獲得最佳的厚活性層PSCs優(yōu)化工藝,并且探討分析了優(yōu)化工藝在厚的BHJ薄膜中的作用機(jī)理。主要研究工作如下:1、利用PBDT-FB-DPP聚合物材料對(duì)PSCs器件優(yōu)化工藝進(jìn)行了細(xì)致的研究,包括給/受體比例、添加劑以及甲醇蒸汽處理工藝對(duì)器件光電性能的影響,研究發(fā)現(xiàn),基于PBDT-FB-DPP:PC60BM的PSCs器件最佳活性層厚度約100 nm,PSCs的最佳給受體比例為1:2,DIO的最優(yōu)濃度為5 vol%,甲醇蒸汽處理最佳時(shí)間為30s,此時(shí)PCE能達(dá)到2.73%。另外,我們還發(fā)現(xiàn)添加劑DIO和甲醇蒸汽處理均有改善器件光電性能的作用,但其作用機(jī)理不盡相同。2、結(jié)合PDPP-T-TT聚合物材料深入研究了溶劑添加劑、混合溶劑、溶劑蒸汽處理(solvent vapor annealing,SVA)以及固體添加劑BPO四個(gè)BHJ優(yōu)化工藝在厚活性層PSCs器件中的應(yīng)用。我們發(fā)現(xiàn),溶劑添加劑、混合溶劑和溶劑蒸汽處理均能夠有效提高器件的光電性能,通過(guò)一系列工藝的優(yōu)化器件PCE可以從1.41%提高到3.47%,Jsc從2.97mA·cm-2提高到了9.90 mA·cm-2,其中溶劑添加劑DIO和CN均可以將最優(yōu)器件的活性層厚度從約90 nm提高到近300 nm。溶劑蒸汽處理工藝在提高活性層厚度的作用上效果很低,甲醇蒸汽處理可以將最優(yōu)器件活性層厚度從250 nm提高到270 nm。除此之外我們針對(duì)溶劑添加劑和溶劑蒸汽處理的不同工作機(jī)理,考察了甲醇蒸汽處理對(duì)器件光學(xué)、電學(xué)性能的影響,討論了甲醇蒸汽處理提高Jsc的根本原因。3、利用了聚合物PBDT-DFB-DPP作為摻加材料,加入到基于P3HT:PC60BM的二元器件中制備了三元混合結(jié)構(gòu)PSCs,期望通過(guò)吸收的互補(bǔ),拓寬器件的吸收光譜。盡管結(jié)果不如預(yù)期,但我們對(duì)三元混合結(jié)構(gòu)中器件的電學(xué)性能進(jìn)行了分析,制備了單空穴器件,考察了器件的空穴遷移率。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PBDT-DFB-DPP的加入使得基于P3HT:PC60BM器件的空穴遷移率大幅下降,并且PBDT-DFB-DPP的比例越高器件空穴遷移率下降越明顯,這是器件光電性能下降的直接原因。
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【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陸恒;徐新軍;薄志山;;有機(jī)光伏的新趨勢(shì):三元共混聚合物太陽(yáng)能電池（英文）[J];Science China Materials;2016年06期

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本文編號(hào)：2488872