本文關(guān)鍵詞：新型有機(jī)聚合物太陽能電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：有機(jī)太陽能電池(OSCs,Organic Solar Cells)具有柔性、成本低、可大面積制作等優(yōu)點(diǎn),對(duì)從根本上解決環(huán)境污染和能源短缺問題具有重大意義。但是,與無機(jī)太陽能電池相比,有機(jī)太陽電池的效率還是偏低,離產(chǎn)業(yè)化的要求還有較大差距。根據(jù)有機(jī)太陽能電池的工作機(jī)理,目前大量的研究工作主要集中在通過改善材料光吸收,調(diào)制激子傳輸、增加激子解離,增強(qiáng)載流子傳輸及抽取效率這三個(gè)方向來提高OSCs的效率。體異質(zhì)結(jié)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的提出是一個(gè)重大突破,通過增加給體和受體的接觸界面,大大提高了激子到達(dá)界面并解離的幾率,使體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池效率得到顯著提高。但是,體異質(zhì)結(jié)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中由于材料對(duì)電子和空穴傳輸能力不同,解離后的載流子傳輸和收集效率不高,如果這一缺點(diǎn)得以改善,體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光伏器件的效率會(huì)有新的突破。本文結(jié)合有機(jī)薄膜晶體管第三端可以形成強(qiáng)電場且低功耗的特點(diǎn),設(shè)計(jì)制備具有三端結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物太陽能電池,在器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)了可調(diào)制的強(qiáng)電場,通過強(qiáng)電場提高載流子傳輸,增加激子解離率,提高了電池的能量轉(zhuǎn)換效率。實(shí)驗(yàn)中通過第三端對(duì)PTB7:PC70BM聚合物太陽能電池施加電壓,當(dāng)偏壓為2.0V時(shí),能量轉(zhuǎn)換效率提高了19%,達(dá)到8.1%。通過激子解離率、載流子遷移率的計(jì)算,討論了強(qiáng)電場對(duì)活性層中激子的產(chǎn)生、解離以及載流子傳輸?shù)淖饔�。同時(shí),對(duì)于這一新型器件結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性也進(jìn)行了討論。同時(shí)我們對(duì)通過增加光吸收來提高電池效率也進(jìn)行了探索。三端電極結(jié)構(gòu)主要通過強(qiáng)電場改善器件激子解離、載流子傳輸?shù)入妼W(xué)性能,如果再結(jié)合光吸收的增加,應(yīng)該可以進(jìn)一步提高電池效率。稀土離子通常具有優(yōu)良的光譜上、下轉(zhuǎn)換作用,因此我們選擇摻雜稀土離子來拓寬聚合物太陽能電池的吸收光譜,從光學(xué)性能方面提高太陽能電池的效率。實(shí)驗(yàn)中,我們?cè)赑3HT:PCBM聚合物太陽能電池的陽極緩沖層和活性層界面中間摻雜NaYF4:Eu3+稀土離子,發(fā)現(xiàn)當(dāng)濃度為0.0025mmol/ml時(shí),器件性能得到明顯改善,能量轉(zhuǎn)換效率由2.43%提高到2.70%,提高11%以上。
【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽能電池 強(qiáng)電場 激子解離率 載流子遷移率 下轉(zhuǎn)換
【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】：2016
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-26
• 1.1 有機(jī)太陽能電池概況10-11
• 1.2 有機(jī)太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)11-14
• 1.3 有機(jī)太陽能電池的材料14-17
• 1.3.1 有機(jī)小分子太陽能電池材料14-15
• 1.3.2 有機(jī)聚合物太陽能電池材料15-16
• 1.3.3 D-A體系材料16-17
• 1.4 有機(jī)太陽能電池的工作原理及性能參數(shù)17-22
• 1.4.1 有機(jī)太陽能電池工作原理17-19
• 1.4.2 有機(jī)太陽能電池性能參數(shù)19-22
• 1.5 新型太陽能電池22-24
• 1.5.1 量子點(diǎn)太陽能電池22
• 1.5.2 熱載流子太陽能電池22-23
• 1.5.3 熱光伏太陽能電池23
• 1.5.4 鈣鈦礦太陽能電池23-24
• 1.6 本論文的研究目的、意義及主要內(nèi)容24-26
• 第二章 聚合物太陽能電池的制備工藝26-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及器件結(jié)構(gòu)26-28
• 2.2 制備流程28-30
• 2.2.1 ITO基片處理28
• 2.2.2 配制活性層溶液28-29
• 2.2.3 旋涂工藝29-30
• 2.2.4 熱蒸鍍工藝30
• 2.3 器件性能測試30-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第三章 三端電極結(jié)構(gòu)的新型有機(jī)太陽能電池36-54
• 3.1 三端電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)37-38
• 3.2 絕緣層材料選擇38-41
• 3.2.1 SiO2作為絕緣層38-39
• 3.2.2 PMMA作為絕緣層39-40
• 3.2.3 PVP作為絕緣層40-41
• 3.3 電場強(qiáng)度量化41-42
• 3.4 器件制備42-43
• 3.5 結(jié)果與討論43-52
• 3.5.1 外加偏壓對(duì)器件J-V特性的影響43-45
• 3.5.2 外加偏壓對(duì)器件激子解離率的影響45-47
• 3.5.3 外加偏壓對(duì)載流子傳輸性能的影響47-48
• 3.5.4 外加偏壓對(duì)器件暗態(tài)性能的影響48-50
• 3.5.5 器件性能參數(shù)的理論計(jì)算50-51
• 3.5.6 三端結(jié)構(gòu)的可行性分析51-52
• 3.6 本章小結(jié)52-54
• 第四章 稀土下轉(zhuǎn)換材料對(duì)有機(jī)太陽能電池性能的影響54-62
• 4.1 P3HT:PCBM聚合物太陽能電池薄膜吸收特性54-55
• 4.2 下轉(zhuǎn)換材料概念及制備方法55-56
• 4.3 下轉(zhuǎn)換材料對(duì)P3HT:PCBM聚合物太陽能電池性能的影響56-61
• 4.3.1 器件制備57-58
• 4.3.2 結(jié)果分析58-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-72
• 致謝72-74
• 碩士期間研究成果74

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本文編號(hào)：333383