【摘要】：聚合物太陽(yáng)能電池具有重量輕、環(huán)保、低消耗、易制備等優(yōu)點(diǎn)在新能源光伏領(lǐng)域備受關(guān)注,當(dāng)前聚合物太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)化效率已超過(guò)14%。傳統(tǒng)二元共混聚合物太陽(yáng)能電池吸收光譜范圍較窄,光子捕獲能力較差,這很大程度上影響了太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率的提高。三元共混及疊層聚合物太陽(yáng)能電池可以有效拓寬器件吸收光譜范圍,將帶隙不同的給體材料共混或?qū)恫煌牟牧现苽涑勺与姵剡M(jìn)行疊加,由于材料帶隙的差別活性層對(duì)光譜吸收形成互補(bǔ)可以拓寬太陽(yáng)能電池吸收光譜范圍,提高太陽(yáng)能器件的光譜利用率。本文研究在P3HT:PC_(61)BM傳統(tǒng)二元有機(jī)太陽(yáng)能電池中添加第三組分PBT-T-DPP及PTT-DTNT-DT制備三元太陽(yáng)能電池研究器件性能的變化,研究疊層太陽(yáng)能電池以P3HT:PC_(61)BM為底電池,頂電池的活性層為PT-DTNT-DT:PC_(71)BM以及DPPT-TT:PC_(71)BM,研究疊層太陽(yáng)能器件性能的變化。首先,研究了基于P3HT:PC_(61)BM中摻入不同比例的窄帶隙材料PBT-T-DPP對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響。在加入了5%PBT-T-DPP時(shí),能量轉(zhuǎn)換率(PCE)達(dá)到最大為3.68%,相對(duì)于P3HT:PC_(61)BM二元聚合物太陽(yáng)能電池,其能量轉(zhuǎn)化率提高了16.46%,開(kāi)路電壓(V_(OC)),短路電流密度(J_(SC)),填充因子(FF)等都達(dá)到最高,當(dāng)加入濃度更高的PBT-T-DPP時(shí),器件效率逐漸下降,添加5%PBT-T-DPP的三元聚合物器件,在短路電流條件下,其激子解離率(P(E,T))達(dá)到最高為84.37%,相比于二元聚合物電池提高了3.8%。然后,研究了第三組分為PTT-DTNT-DT的窄帶隙材料摻入P3HT:PC_(61)BM的三元聚合物太陽(yáng)能電池的器件性能。當(dāng)加入20%PTT-DTNT-DT時(shí),器件效率達(dá)到最高為4.66%,太陽(yáng)能電池性能最優(yōu)。如果摻雜溶度高于20%時(shí),聚合物太陽(yáng)能電池效率逐步降低。對(duì)器件的激子解離效率進(jìn)行研究,在短路電流條件下,當(dāng)摻入20%PTT-DTNT-DT時(shí),激子解離率為94.60%達(dá)到最大,高于二元聚合物電池的激子解離率90.82%。測(cè)試器件的空穴遷移率,發(fā)現(xiàn)當(dāng)摻入20%的PTT-DTNT-DT時(shí)器件的空穴遷移率最大達(dá)到1.01×10~(-3),研究器件的表面形貌發(fā)現(xiàn),當(dāng)摻入20%PTT-DTNT-DT時(shí)薄膜的表面形貌最優(yōu)。接下來(lái)制備疊層太陽(yáng)能電池,PT-DTNT-DT,DPPT-TT為窄帶隙材料,以PT-DTNT-DT:PC_(71)BM及DPPT-TT:PC_(71)BM為頂電池活性層材料,以P3HT:PC_(61)BM為底電池活性層材料,采用新型中間鏈接層結(jié)構(gòu)為:MoO_3/Ag/PFN,使用透射率最高的MoO_3/Ag的膜厚組合為8/1.0nm,對(duì)器件性能進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)疊層聚合物太陽(yáng)能電池開(kāi)路電壓V_(OC)近似為兩個(gè)子電池電壓的疊加,制備出疊層太陽(yáng)能電池最高電壓為(1.30V),電池能量轉(zhuǎn)換效率最高為3.83%,但是,電流被限制為最小的子電池的電流密度,如果可以提高疊層太陽(yáng)能電池的電流密度那么疊層太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率會(huì)更高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用窄帶隙材料PBT-T-DPP及PTT-DTNT-DT為第三組分可以大范圍拓寬三元太陽(yáng)能電池器件的吸收光譜,三元聚合物太陽(yáng)能電池器件性能顯著提高,制備PT-DTNT-DT:PC_(71)BM,DPPT-TT:PC_(71)BM為頂電池的疊層聚合物太陽(yáng)能電池,兩個(gè)子電池的吸收光譜互補(bǔ),可有效提高器件性能。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4
【圖文】：

三元共混及疊層聚合物太陽(yáng)能電池器件的研究?jī)r(jià)格昂貴，而且聚合物太陽(yáng)能電池還具有可彎曲，可卷對(duì)卷大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此，聚合物太陽(yáng)能電池的這些優(yōu)勢(shì)使其在新能源領(lǐng)域具有更廣闊的發(fā)展前景！

而且聚合物太陽(yáng)能電池還具有可彎曲，可卷對(duì)卷大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因此，聚合物太陽(yáng)能電池的這些優(yōu)勢(shì)使其在新能源領(lǐng)域具有更廣闊的發(fā)展前景！圖 1.1 無(wú)機(jī)硅太陽(yáng)能電池近些年，科學(xué)界與商業(yè)界對(duì)于聚合物太陽(yáng)能電池的關(guān)注度越來(lái)越高，聚合物太陽(yáng)能電池的發(fā)展也取得了巨大進(jìn)步！1980 年，科學(xué)家首次報(bào)道了單層太陽(yáng)能電池的制備表征，但是其能量轉(zhuǎn)換效率卻低于 0.1%。

三元共混及疊層聚合物太陽(yáng)能電池器件的研究，并被兩極電極收集形成電流。無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池一般由 P 型半料接觸，在接觸界面附近形成 P-N 結(jié)，在光照條件下，產(chǎn)生電擴(kuò)散形成內(nèi)建電場(chǎng)，當(dāng)光照時(shí)產(chǎn)生光生激子，很容易會(huì)分離成作用下向兩極移動(dòng)形成電流，如圖 1.3 所示為聚合物太陽(yáng)能電

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