【摘要】：聚合物太陽能電池具有重量輕、成本低、可制作在柔性襯底上等優(yōu)勢,成為當(dāng)今科研界的研究熱點(diǎn)之一。為了更進(jìn)一步提高聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率及其他性能,目前該領(lǐng)域的研究主要集中在合成新型窄帶隙聚合物材料、改善各層之間的接觸界面、設(shè)計新型器件結(jié)構(gòu)等方面。其中,在有源層和電極之間引入載流子(電子/空穴)傳輸層,是改善兩者接觸界面質(zhì)量、提高電極對載流子收集效率的有效方法。氧化鋅具有穩(wěn)定性好、透明度高、安全無毒等優(yōu)點(diǎn),已成為一種常用的聚合物太陽能電池電子傳輸層材料,但是目前采用低溫方法如溶液旋涂法制備的氧化鋅薄膜的成膜質(zhì)量較差,內(nèi)部及表面缺陷較多,容易形成載流子復(fù)合中心,影響電子的傳輸,從而降低器件的效率。為了解決此問題,論文首先研究了銫摻雜氧化鋅(Cesium doped zinc oxide,CZO)薄膜作為電子傳輸層的聚合物太陽能電池,以改善無機(jī)氧化鋅薄膜的質(zhì)量,提高其導(dǎo)電能力,并采用乙醇胺進(jìn)一步對CZO薄膜進(jìn)行修飾,以改善與有源層的接觸界面質(zhì)量,從而提高太陽能電池器件的效率。為了增加有源層與電子傳輸層的接觸面積,進(jìn)一步提高器件的載流子傳輸,之后又研究了氧化鋅納米柱作為電子傳輸層的聚合物太陽能電池,氧化鋅納米柱作為電子的傳輸通道能夠?qū)⒂性磳又挟a(chǎn)生的電子直接傳輸?shù)疥帢O,減少載流子在有源層中的復(fù)合,同時可以增加有源層的厚度,增強(qiáng)器件對太陽光的吸收。論文采用銫摻雜氧化鋅納米柱提高了氧化鋅納米柱的結(jié)晶特性,同時采用乙醇胺界面修飾氧化鋅納米柱,將摻雜和界面修飾同時應(yīng)用于該器件,最終顯著提高了以氧化鋅納米柱為電子傳輸層的聚合物太陽能電池器件的性能。具體研究內(nèi)容如下:1、采用溶膠-凝膠的方法制備了CZO薄膜,并將其作為聚合物太陽能電池的電子傳輸層,同時采用乙醇胺表面修飾的辦法進(jìn)一步改善無機(jī)電子傳輸層和有機(jī)有源層之間界面的接觸質(zhì)量。當(dāng)摻雜濃度為0.005M時,CZO薄膜的電導(dǎo)率提高了一個數(shù)量級,所制備的結(jié)構(gòu)為ITO/CZO/P3HT:PC61BM/Mo O3/Al的太陽能電池器件串聯(lián)電阻降低,器件效率也從2.98%提高到3.48%。為了進(jìn)一步改善無機(jī)電子傳輸層與有源層之間的接觸質(zhì)量,又引入了乙醇胺修飾CZO薄膜電子傳輸層,乙醇胺修飾后在氧化鋅電子傳輸層上形成偶極層,使有源層和電子傳輸層形成更好的接觸,減小了接觸電阻,降低了載流子在界面的復(fù)合,促進(jìn)了電子的傳輸,結(jié)果表明采用1%濃度的乙醇胺修飾0.005M銫摻雜的氧化鋅電子傳輸層時,器件效率進(jìn)一步提高到4.03%。2、采用化學(xué)水浴法制備了銫摻雜氧化鋅納米柱,并將其作為聚合物太陽能電池的電子傳輸層,制備了結(jié)構(gòu)為ITO/CZO納米柱/P3HT:PC61BM/Mo O3/Ag的太陽能電池器件。當(dāng)采用銫摻雜濃度為0.75m M的氧化鋅納米柱作為電子傳輸層時,器件的效率提高了50%。為了進(jìn)一步改善無機(jī)氧化鋅納米柱和有機(jī)有源層的接觸質(zhì)量,又在無機(jī)納米柱和有源層之間加入了乙醇胺修飾層。實驗結(jié)果表明,采用2%濃度的乙醇胺修飾0.75m M摻雜的氧化鋅納米柱,制作的聚合物太陽能電池器件效率提高到2.99%。本論文將銫摻雜和乙醇胺界面修飾相結(jié)合的方法分別應(yīng)用在以氧化鋅薄膜和氧化鋅納米柱為電子傳輸層的聚合物太陽能電池中,兩種器件的效率都有了顯著的提高,是未來制備高效率聚合物太陽能電池的有效方法,具有較好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4

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本文編號：2632344