聚合物太陽能電池（PSCs）以低成本、環(huán)保、柔性、半透明、可大規(guī)模制備等優(yōu)點,成為下一代太陽能利用的重要技術(shù)之一。通過給/受體材料設(shè)計合成、界面修飾、形貌優(yōu)化和器件結(jié)構(gòu)等方面的持續(xù)努力,目前單節(jié)PSCs的功率轉(zhuǎn)化效率（PCE）已經(jīng)超過17%,顯示出光明的產(chǎn)業(yè)化前景。良好的活性層形貌有利于實現(xiàn)高PCE的PSCs,而使用溶劑添加劑是優(yōu)化活性層形貌簡單且行之有效的方法,因此對溶劑添加劑作用機理的研究十分必要。本文選用窄帶隙聚合物PTB7-Th作為給體、PC₇₁BM作為受體。通過調(diào)控溶劑添加劑的種類和含量來優(yōu)化器件性能,研究不同溶劑添加劑對PTB7-Th:PC₇₁BM形貌和垂直相分離的調(diào)控作用,并闡述了其與器件性能的關(guān)系。具體內(nèi)容主要分為以下三個部分:（1）采用新型高沸點溶劑添加劑二苯硫醚（DPS,295℃）改善基于PTB7-Th:PC₇₁BM的光伏器件性能,并研究其作用機理。通過制備不同DPS含量的PTB7-Th:PC₇₁BM光伏器件,探究DPS含量對光伏器件性能的影響。通過飛行時間二次離子質(zhì)譜儀（TOF... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

硅基太陽能電池

添加劑調(diào)控聚合物太陽能電池活性層形貌及垂直相分離的研究-2-月11號公布的數(shù)據(jù)(圖1.2)，單晶硅太陽能電池功率轉(zhuǎn)化效率(PCE)已經(jīng)達到27.6%。但由于硅太陽能電池有諸多缺點，比如價格昂貴，使用壽命低，穩(wěn)定性差等，限制了其進一步的發(fā)展。因此，發(fā)展更加清潔、低廉的下一代新型太陽能電池顯得愈來愈重要。圖1.2NERL的最新太陽能電池功率轉(zhuǎn)換效率進展同傳統(tǒng)硅太陽能電池相比，有機聚合物太陽能電池(PSCs)有許多難以替代的優(yōu)點：質(zhì)量輕、半透明、可柔性制備、低廉、大面積生產(chǎn)等，能夠降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，因而在解決能源問題上擁有巨大的潛力，具有廣闊的應(yīng)用前景，如圖1.3所示。第一個PSCs的器件是由四羧基苝衍生物和銅酞菁雙層膜構(gòu)成，由鄧青云博士于1986年提出，盡管效率只有1%左右，但卻為后來的PSCs的研究形成了一個良好的開端[1]。1995年，HeegerAlanJ課題組等人使用MEH-PPV和PCBM進行溶液共混，制備成體異質(zhì)結(jié)PSCs，極大增加了MEH-PPV/PCBM界面面積，提升了光生激子的解離以及電荷的輸運，改善了光伏器件性能。此后，這種體異質(zhì)結(jié)光伏器件結(jié)構(gòu)迅速開始普及[2-3]。2005年，HeegerAlanJ教授等人制備了基于P3HT給體和富勒烯衍生物PC61BM受體的PSCs，經(jīng)退火后，活性層結(jié)晶性得到提升，PCE顯著提升至5%[4]。2016年，顏河教授等人合成出給體材料PffBT4T-C913，將之與PCBM進行組合，制備獲得二元光伏器件，PCE高達11.7%[5]。

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-2016年，KilwonCho等人，提出DIO或CN溶劑添加劑的使用對活性層組分的垂直分布有很強的影響，并產(chǎn)生了較明顯的垂直梯度結(jié)構(gòu)，同時指出垂直梯度與光伏特性密切相關(guān)[6]。2018年，侯劍輝等人通過在小分子受體ITIC上引入F原子，設(shè)計出新型受體IT-4Cl，與PBDB-T-2F受體共混，PCE達到14.2%[7]。2019年，李永舫院士和鄒應(yīng)萍等人設(shè)計出小分子受體材料Y6，成功制備出PM6:Y6聚合物太陽能電池，PCE升高到15.7%[8]。2020年，丁黎明課題組在基于DTTP衍生物D16給體的基礎(chǔ)上，制備出新型給體D18，其空穴遷移率大大提升，同Y6進行共混，獲得高達18.2%的功率轉(zhuǎn)換效率[9]。聚合物太陽能電池在短短三十年內(nèi)，進展十分迅速，單節(jié)聚合物太陽能電池的PCE已經(jīng)超過17%，疊層聚合物太陽能電池的PCE高達17.3%[9-11]。圖1.3有機聚合物太陽能電池1.2聚合物太陽能電池工作原理聚合物太陽能電池器件結(jié)構(gòu)主要是由給體、受體、陰極和陽極構(gòu)成，其工作原理是依托光生伏打效應(yīng)。如圖1.4所示，太陽光入射到活性層材料(給體材料與受體材料)，活性層材料吸收太陽光，產(chǎn)生激子(束縛的電子-空穴對)，激子擴散到給體/受體界面處，分離成電子和空穴，經(jīng)過陰極和陽極收集后，產(chǎn)生光電流與光電壓。具體的光電轉(zhuǎn)化過程可以分為以下四個部分[12]：(1)光生激子的產(chǎn)生：當(dāng)有太陽光照射到光敏活性層上，給體材料和受體材料會吸收光子，電子由最高被占據(jù)分子軌道(HOMO)能級躍遷至相應(yīng)的最低未被占據(jù)分子軌道

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Organic photovoltaic cell with 17% efficiency and superior processability[J]. Yong Cui,Huifeng Yao,Ling Hong,Tao Zhang,Yabing Tang,Baojun Lin,Kaihu Xian,Bowei Gao,Cunbin An,Pengqing Bi,Wei Ma,Jianhui Hou.  National Science Review. 2020(07)
[2]有機太陽電池效率突破18%（英文）[J]. 劉啟世,江宇凡,金柯,秦建強,許金桂,李文婷,熊驥,劉金鳳,肖作,孫寬,楊上峰,張小濤,丁黎明.  Science Bulletin. 2020(04)

博士論文
[1]活性層形貌的優(yōu)化及空穴傳輸層的改善對PTB7-Th:PC71BM太陽能電池性能的影響[D]. 趙玲.北京交通大學(xué) 2016



本文編號：3075383