本文關鍵詞：聚合物小分子三元太陽能電池的制備其光伏性能研究

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【摘要】：世界范圍內(nèi)的能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴重,導致了各國對可再生能源和可持續(xù)能源的關注。其中最有希望的清潔能源是太陽能,太陽能具有具有清潔、可再生、安全等優(yōu)點。經(jīng)過多年的研究和探索,太陽能電池的發(fā)展取得了較大的進展。其中,本體異質結型有機太陽能電池因為其低成本、輕質量和可大面積加工制造等特點獲得了廣泛關注。盡管可溶液加工有機太陽能電池器件效率突破了10%,但是要實現(xiàn)有機光伏的產(chǎn)業(yè)化還需要更進一步的發(fā)展。有機太陽電池一個主要的限制是有機聚合物的吸收光譜相對于太陽光譜而言較窄。有機三元共混太陽電池作為一種新的概念因其可以有效地擴寬活性層的吸收光譜增加光的吸收,同時不會降低器件的開路電壓等參數(shù)而成為研究熱點。本論文以PTB7為給體材料研究了共混活性層中添加劑的加入對器件性能的影響。并研究了器件性能與活性層形貌之間的關系,并介紹了幾種常用的活性層形貌表征方法。然后我們研究了PTB7,DTS和PC71BM構建的三元體異質結有機太陽能電池,并成功獲得8.88%的高效器件。同時本文還研究了DTS敏化劑材料對器件性能的影響,通過研究對應的活性層形貌與光伏性能之間的關系,來尋找三元器件性能提升的原因。主要工作如下:第二章中,我們以PTB7作為給體材料,采用正常的器件結構制作二元異質結電池。通過調節(jié)DIO的添加比例優(yōu)化器件性能,并從測試表征的角度介紹了研究活性層形貌的幾種技術。分別是:透射電子顯微鏡(TEM),原子力顯微鏡(AFM)和掠入射廣角X射線散射(GIWAXS)。另外,這些測試結果可以對后續(xù)試驗中DTS對活性層形貌的作用提供參考和對比。第三章中,我們以p-DTS-(FBTTh2)2作為致敏劑,將它添加進PTB7:PC71BM本體異質結活性層中,制成PTB7:DTS:PC71BM三元共混器件。DTS因其合適的能級結構為三元體系提供互補的吸收光譜。三元電池器件獲得了較高的短路電流和填充因子。其中PTB7:DTS:PC71BM在DIO添加比例為1%,PTB7:DTS質量比為18:2時獲得最高效器件。器件在標準AM1.5光譜照射下器件能量轉換效率為8.88%,對應的短路電流密度是17.79 mA cm-2,開路電壓0.72V,填充因子是69.38%。與PTB7:PC71BM二元器件相比,三元器件的器件性能得到較大提升。為了探討PTB7:DTS:PC71BM電池器件的光伏效率,一系列的添加不同比例DTS和DIO的PTB7:PC71BM器件被制作出來用于研究器件性能與成分比例之間的相關性。然后我們通過原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡和掠入射廣角散射等測試方法驗證三元共混對活性層形貌,結構和相分離的影響。最終證明三元體系中的π-π堆積和結晶度的提升是短路電流和填充因子提升的原因。
【關鍵詞】：溶液加工有機太陽能電池 小分子 三元共混
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 有機光伏電池發(fā)展12-14
• 1.3 有機光伏電池原理14-19
• 1.3.1 有機光伏電池等效電路14-15
• 1.3.2 有機光伏電池性能參數(shù)15-16
• 1.3.3 有機光伏器件光電流產(chǎn)生過程16-19
• 1.4 有機光伏電池優(yōu)化方案19-23
• 1.4.1 有機光伏材料20-21
• 1.4.2 器件結構21-22
• 1.4.3 活性層形貌22-23
• 1.5 小分子敏化劑類三元電池發(fā)展23-26
• 1.5.1 小分子作為敏化劑的有機三元電池研究進展24-26
• 1.6 本論文主要研究內(nèi)容26-27
• 第二章 有機太陽能電池的制備及測試表征27-45
• 2.1 聚合物太陽能電池的制備27-31
• 2.2 聚合物太陽能電池器件的光電性能31-33
• 2.2.1 測試標準——AM 1.531-32
• 2.2.2 光伏電池電流密度-電壓曲線測試32
• 2.2.3 外量子效率與光敏強度測試32-33
• 2.3 紫外-可見-近紅外吸收光譜測試33-34
• 2.4 以PTB7為例說明測試光伏器件形貌的常用方法34-43
• 2.4.1 PTB7性能簡介34-35
• 2.4.2 DIO的添加量對器件性能的影響35-37
• 2.4.3 DIO的添加量與活性層形貌的影響——AFM37-39
• 2.4.4 DIO的添加量與活性層相分離程度關系——TEM39-40
• 2.4.5 DIO的添加量與活性層結晶性關系——GIWAX40-41
• 2.4.6 DIO的添加量與載流子遷移率的關系41-43
• 2.5 本章小節(jié)43-45
• 第三章 小分子敏化劑對聚合物共混體系的成晶作用45-63
• 3.1 引言45-46
• 3.2 實驗細節(jié)46-47
• 3.2.1 實驗材料46
• 3.2.2 活性層溶液制備46-47
• 3.2.3 紫外可見吸收光譜47
• 3.2.4 薄膜形貌表征47
• 3.2.5 器件制備和表征47
• 3.3 電子級聯(lián)供體材料的作用47-50
• 3.3.1 三元電池運作機47-49
• 3.3.2 PTB7和DTS的串聯(lián)電荷轉移49-50
• 3.4 器件光電性能表現(xiàn)50-55
• 3.4.1 PTB7:PC71BM加入DIO，DTS三元器件的表現(xiàn)50-54
• 3.4.2 外量子效率54-55
• 3.5 紫外可見吸收光譜55
• 3.6 薄膜形貌研究55-61
• 3.6.1 三元活性層與二元活性層薄膜AFM圖56-57
• 3.6.2 DIO為 0.5%時，，DTS對薄膜形貌影響AFM圖對比57-59
• 3.6.4 三元活性層與二元活性層薄膜TEM圖59-60
• 3.6.5 三元活性層與二元活性層薄膜GIWAXS圖60-61
• 3.7 載流子遷移率61-62
• 3.8 本章小節(jié)62-63
• 結論63-64
• 參考文獻64-75
• 攻讀博士/碩士學位期間取得的研究成果75-76
• 致謝76-77
• 附件77

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