能源是制約人類的生存與發(fā)展的重要因素之一,傳統(tǒng)的石化能源一方面面臨著能源枯竭的危機(jī),另一方面在使用的同時也對環(huán)境造成了極大的污染。因此,人類必須開發(fā)和利用一些資源豐富、可再生且對環(huán)境友好的新能源以替代石化能源。在減緩傳統(tǒng)石化能源枯竭危機(jī)的同時減少對環(huán)境的污染。在眾多的可再生能源當(dāng)中,太陽能是一種理想的資源豐富的可再生清潔能源,如何更加高效地利用太陽能已經(jīng)成為了目前全球熱點(diǎn)研究之一。有機(jī)太陽能電池是一種通過化學(xué)材料將光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,由于其具有質(zhì)輕、柔性可彎曲以及可溶液加工等獨(dú)特優(yōu)勢,使得有機(jī)太陽能電池受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。光電轉(zhuǎn)換效率是衡量有機(jī)太陽能電池性能的最重要參數(shù),經(jīng)過幾十年的發(fā)展,有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）突破到了18%,已經(jīng)到了產(chǎn)業(yè)化的黎明前夕。設(shè)計(jì)并合成新型的高性能有機(jī)光伏材料是進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)換效率的主要途徑之一,因此,有機(jī)光伏材料的分子結(jié)構(gòu)與光伏器件性能之間的構(gòu)效關(guān)系是本領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。有機(jī)光伏材料根據(jù)給電子或接收電子能力的不同分為電子給體和電子受體。本論文主要圍繞電子給體做了一些研究,第一部分工作是設(shè)計(jì)并合成了兩種含有不同長度酯基的聚合物給... 

【文章來源】：西北師范大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

有機(jī)太陽能電池器件結(jié)構(gòu)圖

第1章緒論4圖1-2光伏器件正向結(jié)構(gòu)（a）、反向結(jié)構(gòu)（b）以及疊層結(jié)構(gòu)（c）單層有機(jī)太陽能電池器件制備工藝簡單且成本低廉，是目前有機(jī)光伏領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。然而，單層電池器件由于目前已有的活性層材料對太陽光的吸收波長范圍有限，導(dǎo)致單層器件對太陽光的利用程度并不高�；诖耍芯咳藛T提出了疊層器件的概念，它是指將吸收光譜互補(bǔ)的兩個或多個子電池串聯(lián)起來的器件結(jié)構(gòu)。目前研究最為廣泛的是雙結(jié)串聯(lián)疊層電池，其器件結(jié)構(gòu)如圖1-2（c）所示，位于下面的子電池稱為底電池（又稱前電池），一般選用寬帶隙材料作為活性層[11,12,13]。位于上面的子電池稱為頂電池（又稱后電池），一般選用窄帶隙材料作為活性層[14,15,16]。疊層器件能夠最大限度地利用太陽光，提高光生載流子的數(shù)量，進(jìn)而提高光伏器件性能，但是疊層器件的制備工藝也相對復(fù)雜。1.4有機(jī)太陽能電池的工作機(jī)理及光伏性能參數(shù)1.4.1有機(jī)太陽能電池的工作機(jī)理有機(jī)太陽能電池的工作原理可以歸納為五個基本物理過程（如圖1-3所示），光吸收和激子的產(chǎn)生、激子擴(kuò)散、激子解離、載流子傳輸以及電荷收集。具體闡述如下：

第1章緒論5圖1-3有機(jī)太陽能電池工作原理光吸收和激子的產(chǎn)生：當(dāng)入射光照射到活性層時，處于基態(tài)的電子會吸收能量大于其光學(xué)帶隙（opticalbandgap，簡稱Egopt）的光子進(jìn)而發(fā)生躍遷。分子吸收光后，電子從最高占據(jù)軌道（HOMO）躍遷至最低未占據(jù)軌道（LUMO），而在HOMO軌道上形成空穴。有機(jī)半導(dǎo)體材料的介電常數(shù)相對較小，光激發(fā)下，電子躍遷不能直接形成可自由移動的電子和空穴，而是產(chǎn)生具有庫倫束縛作用的電子-空穴對，即激子。在早期研究的聚合物-富勒烯體系中，一般認(rèn)為激子的產(chǎn)生主要源自于聚合物給體材料；而對于近些年發(fā)展迅速的非富勒烯體系，由于受體材料優(yōu)異的吸收特性，在給體和受體材料中均可產(chǎn)生激子。太陽光的大部分能量都集中在可見光及近紅外區(qū)域，因此，活性層材料的吸收光譜應(yīng)當(dāng)盡可能在這個區(qū)域并與太陽光的輻射光譜相匹配。激子擴(kuò)散：由于有機(jī)材料的介電常數(shù)較小（約為2～4），因此有機(jī)材料中產(chǎn)生的激子屬于強(qiáng)束縛力作用Frenkel激子[1]。相關(guān)研究表明，這種激子的束縛能大約為0.3-1eV[17]，因此，激子必須擴(kuò)散到的異質(zhì)結(jié)的界面處在給/受體材料能級差的驅(qū)動下才能發(fā)生解離。然而，由于有機(jī)材料中分子間的作用力比較小，分子的激發(fā)態(tài)是定域化的，也就是說激子通常是定域在臨近的幾個分子甚至是單個分子上的[18]，因此激子的擴(kuò)散范圍有限。研究表明，共軛聚合物中激子的擴(kuò)散距離一般為10-20nm[19]，這就要求活性層中給/受體的相分離尺寸在20nm以內(nèi)。此外，激子在有機(jī)材料中通常是以能量傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行輸運(yùn)的，激子在輸運(yùn)過程中會以輻射或非輻射的形式進(jìn)行衰減，因此必須盡可能使激子在衰減之前就擴(kuò)散到給/受體界面，否則就會發(fā)生復(fù)合[20,21]。激子解離：當(dāng)激子擴(kuò)散到給/受體材料界面處后，在給受/體材料能級差


本文編號：2909501