【摘要】：聚合物太陽能電池(Polymer Solar Cell,PSC)由于質(zhì)量輕、制造工藝簡單、成本低廉尤其是其可制作在柔性襯底上等諸多優(yōu)點,已成為近年科學(xué)領(lǐng)域的研究重點之一。近年來,將透明電極作為底電極,采用高穩(wěn)定性金屬如金或銀作為頂陽極的倒置結(jié)構(gòu)聚合物太陽能電池(inverted polymer solar cell,IPSC)得到了深入研究和廣泛應(yīng)用。對于IPSC器件,有源層對入射光能否充分吸收是決定器件性能的關(guān)鍵。其中在導(dǎo)電陰極和有源層之間加入氧化鋅,氧化鈦光學(xué)間隔層被證明是增強器件有源層光吸收的有效方法,并且在陰極上生長的氧化鋅或氧化鈦薄膜還同時起到陰極緩沖層的作用,可使陰極、緩沖層和有源層的LUMO能級形成階梯形勢壘,有利于陰極抽取電子并阻擋空穴向陰極的傳輸。然而目前所報道的光學(xué)間隔層皆采用單層氧化鋅或氧化鈦薄膜,其厚度在30-100nm之間,雖然進一步增加厚度能夠增大光學(xué)間隔層對器件有源層光強分布的調(diào)節(jié)范圍,使其接近理論上的光強極大值,但由于低溫制備的氧化鋅或氧化鈦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量較差,因此厚度的增加同時增大了器件的串聯(lián)電阻,降低了短路電流,反而使器件的性能下降。如果能夠進一步改進光學(xué)間隔層的結(jié)構(gòu),能夠在不增加整個器件串聯(lián)電阻的前提下增強器件內(nèi)有源層對太陽光的吸收,將對聚合物太陽能電池的性能的提高有著重要價值。在本論文中提出了一種具有多層光學(xué)間隔層的聚合物太陽能電池,該結(jié)構(gòu)能有效增強有源層對太陽光的吸收,進而提高器件的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)。首先,本文采用傳輸矩陣法對這種多層光學(xué)間隔層聚合物太陽能電池進行了光學(xué)模擬,主要探索了多光學(xué)間隔層的結(jié)構(gòu)對IPSC器件短路電流密度的影響。本文選取的多光學(xué)間隔層通過在ITO襯底上依次旋涂銫摻雜濃度分別為0.01M,0.005M,0.0025M的銫摻雜氧化鋅(Cs-doped zinc oxide,CZO)和未摻雜ZnO薄膜制備而成的。模擬結(jié)果顯示,采用上述從下到上銫摻雜濃度依次減少的多層光學(xué)間隔層能夠有效提高有源層的光吸收和器件的短路電流密度(short circuit-current density,J_(SC))。然后,參照以上的光學(xué)模擬結(jié)果,分別通過實驗制備了多層光學(xué)間隔層的IPSC器件,實驗總共做了3種多層結(jié)構(gòu)的光學(xué)間隔層器件(0.0025M CZO/ZnO二層結(jié)構(gòu),0.005M CZO/0.0025M CZO/ZnO三層結(jié)構(gòu),0.01M CZO/0.005M CZO/0.0025M CZO/ZnO四層結(jié)構(gòu)),以及單層未摻雜氧化鋅光學(xué)間隔層的參考器件。在多層光學(xué)間隔層的制備工藝中,采用快速熱退火對薄膜進行后處理,有效解決了溶膠凝膠法低溫制備多層ZnO薄膜中存在的互溶問題。實驗結(jié)果表明,三層光學(xué)間隔層器件的能量轉(zhuǎn)換效率值最佳,能達到3.9%,相比單層光學(xué)間隔層器件提高了27.9%。本論文所設(shè)計的多層光學(xué)間隔層聚合物太陽能電池能夠提高有源層對太陽光的吸收,進而提高IPSC器件的能量轉(zhuǎn)換效率。因此該結(jié)構(gòu)的IPSC器件可以作為一種提高聚合物太陽能電池效率的有效方法。
【圖文】：

(2) 激子進行擴散；由于激子是由電子空穴組成的，它是電中性的，它以擴散的方式從產(chǎn)生的地方運動到給體受體的交界面，但是激子的擴散距離是有限的，大約在 5 到 20nm，因此器件的有源層不能做的太厚，，否則會影響器件的性能。(3) 激子進行解離；由于激子存在激子束縛能，因此它的解離需要克服激子束縛能，當(dāng)激子運動到給體受體的交界面時，由于給體受體之間存在著能級差，使得激子分離成電子和空穴，激子的束縛能大約在 0.3 到0.5eV[9]。(4) 電子空穴的傳輸與收集；激子解離后，產(chǎn)生的可自由移動的空穴和電子將分別沿有源層的給體和受體材料傳輸?shù)诫姌O處，在緩沖層的載流子選擇作用下被陽極和陰極收集，從而在電池器件的外部電路產(chǎn)生電流和電勢差。

合物太陽能電池的基本參數(shù)3 是聚合物太陽能電池的等效電路圖，它是用來表示聚合物太一個電路模型，下圖由電流源、二極管和電阻組成，其中電路光電流，當(dāng)光照后，光生載流子累積在電池內(nèi)部的 PN 結(jié)兩外部短路，其內(nèi)部的光生載流子將流通，這時流過太陽能電電流，其方向從 PN 結(jié)內(nèi)部來看是從 N 區(qū)指向 P 區(qū)的。ID為電由降在負載電阻上的電壓形成的，相當(dāng)于給PN結(jié)加上一個正等效成一個正向?qū)ǖ亩䴓O管，該電流的方向與上面提到的短太陽能電池是不利的，應(yīng)該盡量使其減小[10]。Rsh為電池的并光電流不流過負載，如器件的縱向漏電流等，其數(shù)值越大電池的串聯(lián)電阻，它是由 PN 結(jié)的體電阻，結(jié)電阻等組成的，其值。I 為流經(jīng)負載電阻的電流，V 為加在負載電阻上的電壓[11]。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

【參考文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 許文鵬;聚合物太陽能電池陰極緩沖層的退火工藝優(yōu)化和光學(xué)模擬[D];吉林大學(xué);2016年

本文編號：2665062