本文關鍵詞：低功耗有機光伏技術研究

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【摘要】：近幾年來,隨著化石能源的急劇減少,許多研究人員將注意力投向了可再生能源,其中太陽能便是一個很好的選擇,我們可以通過有機太陽能電池將太陽能轉化為電能,這將很好地解決電力能源不足的問題。在眾多的光伏產(chǎn)品中,有機太陽能電池在提高電池的性能方面有很大的優(yōu)勢。本論文對低功耗有機光伏技術作了如下三個方面的研究:利用4,4’-N,N’-二咔唑-聯(lián)苯(CBP)對三氧化鉬(Mo O3)進行N型摻雜,并在反轉有機發(fā)光二極管和反轉聚合物太陽能電池中應用這種摻雜材料。由于CBP和Mo O3可以形成電荷轉移絡合物,同本征Mo O3相比,Mo O3:CBP薄膜的電導率有所提高,因此復合陽極為Mo O3:CBP(15:1)7nm/Mo O3 3nm/Al的反轉有機發(fā)光二極管的空穴電流比復合陽極為Mo O3 10nm/Al的反轉有機發(fā)光二極管的空穴電流明顯提高。但是對于將Mo O3:CBP應用于有機太陽能電池中,與ITO/Ti O2/P3HT:PCBM/Mo O3 10nm/Al相比,ITO/Ti O2/P3HT:PCBM/Mo O3:CBP(15:1)7nm/Mo O3 3nm/Al的能量轉換效率只是略有增加,這主要是由于在單質結中Mo O3一側的電子積累限制了電池在短路條件下空穴的導出,也就抵消了Mo O3:CBP(15:1)比Mo O3的電導率高的優(yōu)勢。因此通過CBP對Mo O3進行N型摻雜,可以提高有機太陽能電池的能量轉化效率和有機發(fā)光二極管的空穴注入能力。利用3-己基取代聚噻吩(P3HT)、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)分別制作兩組分和三組分活性層。對于活性層P3HT:PCBM的有機太陽能電池,陰極結構分別為Li F/Al、BCP 2nm/Al和BCP 10nm/Al的有機太陽能電池的能量轉化效率幾乎相同。其中BCP為2,9-二甲基-4,7-聯(lián)苯-1,10-鄰二氮雜菲。然而對于活性層P3HT:PCBM:PMMA的有機太陽能電池,同陰極結構為BCP 10nm/Al和陰極結構為Li F/Al的有機太陽能電池的能量轉化效率相比,陰極結構為BCP 2nm/Al的有機太陽能電池的能量轉化效率提高了近42%。由于P3HT:PCBM:PMMA中存在聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA會限制P3HT和PCBM的垂直相分離,因此與P3HT:PCBM中P3HT和PCBM的垂直相分離相比,P3HT:PCBM:PMMA中P3HT和PCBM的垂直相分離會受到限制。對于ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:PMMA/BCP 2nm/Al的有機太陽能電池而言,該有機太陽能電池的能量轉化效率比結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Li F/Al的有機太陽能電池的能量轉化效率提高了近20%。因此通過對活性層薄膜形貌和陰極結構的研究,對低功耗有機光伏技術產(chǎn)業(yè)化起到了極大的推動作用。利用2,9-二甲基-4,7-聯(lián)苯-1,10-鄰二氮雜菲(BCP)作為緩沖層,應用在有機太陽能電池中。在制作活性層為P3HT:PCBM的有機太陽能電池時,在旋涂完活性層之后,在溶劑揮發(fā)的過程中,由于P3HT比PCBM的表面能小,P3HT向上方運動,這樣可以減少P3HT和PCBM的整體表面能,從而使得分子的形態(tài)達到熱力學穩(wěn)定態(tài)。這樣P3HT和PCBM就會在活性層的縱向方向上存在濃度梯度,其中較多的PCBM與PEDOT:PSS相接觸,而活性層表面P3HT相對更多。利用P3HT和BCP層之間可以形成光伏效應,進而可以產(chǎn)生一個開路電壓,從而可以提高有機太陽能電池的開路電壓,對于結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/BCP/Al的有機太陽能電池,該器件的開路電壓可以看成是P3HT:PCBM和P3HT/BCP兩個結構的開路電壓的串聯(lián),所以結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/BCP/Al的有機太陽能電池的開路電壓比結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT/BCP/Al的有機太陽能電池的開路電壓大。另外利用BCP可以阻擋Al原子向活性層的擴散,從而可以減少激子淬滅,因此在獲得相同的能量轉化效率的前提下,BCP代替Li F可有效提高器件的壽命。BCP作為緩沖層,對于低功耗有機光伏技術研究有一定的幫助。
【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4

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本文編號：1238436