【摘要】：在過去的二十年里,傳統(tǒng)的硅太陽能電池一直是光伏市場的主流產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展,具有成本低、材料來源廣泛、制備工藝簡單靈活等優(yōu)點的有機太陽能電池得到了業(yè)界廣泛的關(guān)注。而如何提高有機太陽能電池的效率又成為了研究的重中之重。常見的提升效率的方法有:設(shè)計合成新的窄帶隙光吸收材料、引入界面修飾層、控制活性層的形貌、開發(fā)新的退火工藝、制備新的電極材料、摻雜等。本論文通過引入界面修飾層和在活性層中進行摻雜來提升器件的能量轉(zhuǎn)換效率,二者在改善有機太陽能電池效率方面扮演著重要的角色。界面修飾層具有調(diào)節(jié)電極功函數(shù)、降低電極和活性層之間的界面勢壘及接觸電阻、提升活性層和電極之間的界面穩(wěn)定性等優(yōu)點。對活性層進行摻雜能夠提高活性層的光吸收能力、促進激子分離、降低載流子復(fù)合。本論文主要進行了以下兩個方面的工作。(1)將Alq_3/CaF_2雙層結(jié)構(gòu)引入到有機太陽能電池,Alq_3/CaF_2作為雙陰極界面修飾層,器件結(jié)構(gòu)為ITO/PTFE/PCDTBT:PC71BM/Alq_3/CaF_2/Al。首先制備了以不同厚度CaF_2為陰極界面修飾層的器件,探究了CaF_2的作用。發(fā)現(xiàn)CaF_2的引入降低了器件的串聯(lián)電阻,使活性層和電極之間形成良好的界面接觸。器件的能量轉(zhuǎn)換效率能夠達到6.23%。接下來制備了以Alq_3/CaF_2為雙陰極界面修飾層的器件。效率得到了進一步的提升,最高能量轉(zhuǎn)換效率達到7.48%。在該結(jié)構(gòu)的器件中,Alq_3是有機小分子材料,可作為電子提取層。雙陰極界面修飾層結(jié)構(gòu)的功函數(shù)與PC71BM的LUMO能級更為匹配,這種結(jié)構(gòu)與單陰極界面修飾層相比降低了界面的表面粗糙度,同時提高了電子的傳輸和提取能力。(2)通過水熱法合成了碳/氧化銦復(fù)合納米粒子(C-In_2O_3 NPs)。將不同濃度的C-In_2O_3 NPs摻雜在活性層中,制備了基于C-In_2O_3 NPs活性層摻雜的有機太陽能電池。器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/PCDTBT:PC71BM:C-In_2O_3 NPs/CaF_2/Al。當(dāng)在活性層中摻雜純In_2O_3 NPs時,器件的能量轉(zhuǎn)換效率達到5.92%。當(dāng)在活性層中摻雜濃度為1.2 wt%的復(fù)合納米粒子時,器件的性能得到了改善,器件的能量轉(zhuǎn)換效率最高達到了6.82%。這是因為復(fù)合納米粒子的摻雜提高了活性層對光子的吸收,同時促進了活性層的電荷轉(zhuǎn)移,抑制了載流子復(fù)合,降低了器件的串聯(lián)電阻。
【圖文】：

太陽能的短波輻射通過大氣進入地球，被地球表面吸收，表面溫度升高，地表升溫后向外放出大量的長波輻射，長波輻射被導(dǎo)致了大氣溫度的升高，進而形成了溫室效應(yīng)。在過去的 50 年里，的濃度從 300 ppm 增長到 400 ppm，地球的平均溫度提高了 0.75℃。生清潔能源的開發(fā)變得越來越重要，中國作為 CO2的排放大國，有減少化石能源的使用，尋求新的清潔能源。除了碳?xì)淠茉粗猓Ｒ娝�、太陽能、潮汐能、風(fēng)能、核能和地?zé)崮艿�。其中一些能源人們開發(fā)使用，但是仍然存在著一些弊端。比如地?zé)崮茏鳛橐环N來自地心持續(xù)清潔能源，，其抽取成本是十分昂貴的，并不利于開發(fā)使用；核能有前景的能源，目前世界上已經(jīng)有多個國家研究使用，但核能是不可，而且造價十分昂貴，一旦發(fā)生泄漏將會對環(huán)境造成污染，放射性物物造成危害；風(fēng)能是一種可持續(xù)的清潔能源，但能源的開發(fā)受到地點且風(fēng)速也是不可控的，轉(zhuǎn)換效率較低。

（a）三維海膽狀Ni-Pt的TEM圖像；（b）器件結(jié)構(gòu)圖
【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

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