本文關(guān)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(yán)重,導(dǎo)致了各國對(duì)可再生能源和可持續(xù)能源的關(guān)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(diǎn)。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(jìn)展。其中,本體異質(zhì)結(jié)型有機(jī)太陽能電池因?yàn)槠涞统杀�、輕質(zhì)量和可大面積加工制造等特點(diǎn)獲得了廣泛關(guān)注。盡管可溶液加工有機(jī)太陽能電池器件效率突破了10%,但是要實(shí)現(xiàn)有機(jī)光伏的產(chǎn)業(yè)化還需要更進(jìn)一步的發(fā)展。有機(jī)太陽電池一個(gè)主要的限制是有機(jī)聚合物的吸收光譜相對(duì)于太陽光譜而言較窄。有機(jī)三元共混太陽電池作為一種新的概念因其可以有效地?cái)U(kuò)寬活性層的吸收光譜增加光的吸收,同時(shí)不會(huì)降低器件的開路電壓等參數(shù)而成為研究熱點(diǎn)。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(duì)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(guān)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(gòu)建的三元體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池,并成功獲得8.88%的高效器件。同時(shí)本文還研究了DTS敏化劑材料對(duì)器件性能的影響,通過研究對(duì)應(yīng)的活性層形貌與光伏性能之間的關(guān)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(jié)構(gòu)制作二元異質(zhì)結(jié)電池。通過調(diào)節(jié)DIO的添加比例優(yōu)化器件性能,并從測(cè)試表征的角度介紹了研究活性層形貌的幾種技術(shù)。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(cè)試結(jié)果可以對(duì)后續(xù)試驗(yàn)中DTS對(duì)活性層形貌的作用提供參考和對(duì)比。第三章中,我們以p-DTS-(FBTTh2)2作為致敏劑,將它添加進(jìn)PTB7:PC71BM本體異質(zhì)結(jié)活性層中,制成PTB7:DTS:PC71BM三元共混器件。DTS因其合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)為三元體系提供互補(bǔ)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(zhì)量比為18:2時(shí)獲得最高效器件。器件在標(biāo)準(zhǔn)AM1.5光譜照射下器件能量轉(zhuǎn)換效率為8.88%,對(duì)應(yīng)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(guān)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(cè)試方法驗(yàn)證三元共混對(duì)活性層形貌,結(jié)構(gòu)和相分離的影響。最終證明三元體系中的π-π堆積和結(jié)晶度的提升是短路電流和填充因子提升的原因。
【關(guān)鍵詞】：溶液加工有機(jī)太陽能電池 小分子 三元共混
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(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5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 有機(jī)光伏電池發(fā)展12-14
• 1.3 有機(jī)光伏電池原理14-19
• 1.3.1 有機(jī)光伏電池等效電路14-15
• 1.3.2 有機(jī)光伏電池性能參數(shù)15-16
• 1.3.3 有機(jī)光伏器件光電流產(chǎn)生過程16-19
• 1.4 有機(jī)光伏電池優(yōu)化方案19-23
• 1.4.1 有機(jī)光伏材料20-21
• 1.4.2 器件結(jié)構(gòu)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(jī)三元電池研究進(jìn)展24-26
• 1.6 本論文主要研究內(nèi)容26-27
• 第二章 有機(jī)太陽能電池的制備及測(cè)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)——AM 1.531-32
• 2.2.2 光伏電池電流密度-電壓曲線測(cè)試32
• 2.2.3 外量子效率與光敏強(qiáng)度測(cè)試32-33
• 2.3 紫外-可見-近紅外吸收光譜測(cè)試33-34
• 2.4 以PTB7為例說明測(cè)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(duì)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(guān)系——TEM39-40
• 2.4.5 DIO的添加量與活性層結(jié)晶性關(guān)系——GIWAX40-41
• 2.4.6 DIO的添加量與載流子遷移率的關(guān)系41-43
• 2.5 本章小節(jié)43-45
• 第三章 小分子敏化劑對(duì)聚合物共混體系的成晶作用45-63
• 3.1 引言45-46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)46-47
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)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(jí)聯(lián)供體材料的作用47-50
• 3.3.1 三元電池運(yùn)作機(jī)47-49
• 3.3.2 PTB7和DTS的串聯(lián)電荷轉(zhuǎn)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(shí)，，DTS對(duì)薄膜形貌影響AFM圖對(duì)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(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-75
• 攻讀博士/碩士學(xué)位期間取得的研究成果75-76
• 致謝76-77
• 附件77

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