【摘要】：近年來，由于有機(jī)太陽能電池成本低、重量輕、可制備為柔性器件和易于加工等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛的關(guān)注，成為太陽能電池領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。通過對(duì)不同活性材料的研究和電池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使有機(jī)太陽能電池的性能有所突破，其光電轉(zhuǎn)換效率已超過10%。 一般正型有機(jī)太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)為：ITO/PEDOT:PSS/有機(jī)活性層/LiF/Al。3，4-乙撐二氧噻吩單體聚合物：聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）被用作空穴傳輸層，但聚苯乙烯磺酸鹽（PSS）是酸性物質(zhì)對(duì)ITO表面有腐蝕作用，影響電池的穩(wěn)定性。反型結(jié)構(gòu)太陽能電池針對(duì)傳統(tǒng)有機(jī)太陽能電池的缺陷，進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新改造，使電池的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。本論文以反型有機(jī)太陽能電池為研究對(duì)象，制備了Zn摻雜TiOx和rGO/TiO2復(fù)合膜作為電子傳輸層，PEDOT:PSS和MoO3作為空穴傳輸層的反型有機(jī)太陽能電池。研究這些電極修飾對(duì)反型有機(jī)太陽能電池性能的影響，通過阻抗譜的分析，揭示電極修飾對(duì)有機(jī)反型太陽能電池的載流子輸運(yùn)和收集的物理機(jī)制。 本論文主要包括以下內(nèi)容： 第一章，有機(jī)太陽能電池的研究現(xiàn)狀、工作原理和性能參數(shù)及本論文的研究意義。 第二章，ZnTiOx復(fù)合薄膜作為電子傳輸層對(duì)反型有機(jī)太陽能電池性能的影響。本章制備的器件結(jié)構(gòu)為： ITO/ZnTiOx/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Au。其中活性層為P3HT:PCBM，用溶膠凝膠法在ITO玻璃襯底制備不同Zn/Ti原子比的TiOx作為電子傳輸層，用PEDOT:PSS旋涂在活性層上作為空穴傳輸層，制備反型有機(jī)太陽能電池。由器件的J-V特征曲線得出，效率最高的電池是Zn/Ti原子比為0.8%的器件。其光電轉(zhuǎn)換效率為3.39%，相比于沒有摻Zn的電池（PCE=2.51%）增加了35%。ZnTiOx的AFM圖像表明，Zn/Ti原子比為0.8%的器件上有很多鋅納米棒在ITO襯底上垂直生長(zhǎng)。具有一維幾何尺寸的電極，增加了活性層與電極的比表面積，提高了電子的收集率，減少了電子的復(fù)合。由霍爾測(cè)量顯示，摻入鋅后，電子遷移率明顯增加。電池的電化學(xué)阻抗分析表明，Zn/Ti原子比為0.8%的器件有最小的電阻、最小的電荷傳輸時(shí)間常數(shù)。電子在有機(jī)活性層和ITO陰極界面處傳輸速度的提高，增大了反型有機(jī)太陽能電池的短路電流密度，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 第三章，ZnTiOx復(fù)合薄膜作為電子傳輸層MoO3作為空穴傳輸層對(duì)反型有機(jī)太陽能電池性能的影響。由于PEDOT:PSS制備工藝復(fù)雜，材料價(jià)格高等存在的問題。將PEDOT:PSS換成MoO3，將Au換成成本較低的Ag作為陽極，制備反型有機(jī)太陽能電池。其結(jié)構(gòu)為ITO/ZnTiOx/P3HT:PCBM/MoO3/Ag。由器件J-V特性曲線得出，效率最高的電池Zn/Ti原子比率為0.8%。有機(jī)太陽能電池在0.8%鋅摻雜TiOx功率轉(zhuǎn)換效率為3.64%，與沒有摻雜Zn的TiOx的電池（PCE=3.03%）相比，光電轉(zhuǎn)換效率提高了20%。用MoO3/Ag做陽極比用PEDOT:PSS/Au做陽極的電池的開路電壓增大，光電轉(zhuǎn)換效率提高。電池表現(xiàn)了更好的光電性能。電化學(xué)阻抗分析表明，Zn/Ti原子比為0.8%的器件有最小的電阻、最小的電荷傳輸時(shí)間常數(shù)，表明電子在有機(jī)活性層和ITO陰極界面處傳輸速度的提高，增大了反型有機(jī)太陽能電池的短路電流密度，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 第四章，rGO/TiO2復(fù)合薄膜作為電子傳輸層對(duì)反型有機(jī)太陽能電池性能的影響。本章制備的器件結(jié)構(gòu)為： ITO/rGO:TiO2/P3HT:PCBM/PEDOT:PSS/Au。活性層為P3HT:PCBM，電子傳輸層為rGO/TiO2。首先用密閉氧化法制備了氧化石墨烯(GO)，由AFM圖像可知，制備出了單層的氧化石墨烯（GO），厚度約為0.8nm，這與很多文獻(xiàn)的報(bào)道是一致的。由rGO/TiO2復(fù)合薄膜的XPS能譜證實(shí)，在合成rGO/TiO2復(fù)合薄膜的過程中由氧化石墨烯（GO）變?yōu)閞GO。用rGO/TiO2復(fù)合薄膜為電子傳輸層制備的反型有機(jī)太陽能電池，其光電裝換效率為2.7%，TiO2作為電子傳輸層的電池效率為2.5%，兩者相比，效率提高了8%。電池的阻抗譜表明，用摻雜GO的TiO2復(fù)合薄膜作為電子傳輸層，電子收集的效率有明顯的提高，增大了電池的開路電壓，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，本章中制作的反型太陽能電池效率90天的衰減為初始值的72.6%。說明所制備的電池具有良好的穩(wěn)定性。 第五章，rGO/TiO2復(fù)合薄膜作為電子傳輸層MoO3作為空穴傳輸層對(duì)反型有機(jī)太陽能電池性能的影響。本章制備的電池結(jié)構(gòu)為：ITO/rGO:TiO2/P3HT:PCBM/MoO3/Ag。在這一章中，用NaOH溶液做為還原劑，將氧化石墨烯（GO)還原為rGO，把rGO水溶液在TiO2溶膠制備的過程中與其復(fù)合，在ITO導(dǎo)電玻璃上制備出摻rGO的復(fù)合薄膜，它比純TiO2薄膜有更加優(yōu)良的性質(zhì)。由器件J-V曲線得出，，所有加rGO的電池效率都有很大程度的提高，最優(yōu)的器件為加入rGO含量為0.83%mg/ml的TiO2溶液制作的復(fù)合薄膜制備的電池，其光電轉(zhuǎn)換效率為3.82%，與不加rGO器件光電轉(zhuǎn)換效率為3.03%相比，電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高了26%。rGO具有良好的導(dǎo)電性，它與TiO2復(fù)合后，可以有效地阻止電荷復(fù)合，提高電子收集效率，從而提高整個(gè)電池的效率。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2430113