有機(jī)太陽能電池的眾多優(yōu)點使其成為目前最有前景的光伏器件之一,其性能的改進(jìn)主要從材料、器件結(jié)構(gòu)、形貌調(diào)控、界面工程等幾個方面進(jìn)行。在器件的制作過程中常常由于表面粗糙度太大,能級不匹配等原因?qū)е缕骷阅苁艿揭种?界面工程中的緩沖層能很好的解決這一問題,因而受到了極大關(guān)注。溶劑處理是界面工程中常用的一種有效方式,這種方式可以方便的得到厚度和組成可控的緩沖層,但以往的研究中都是選用良溶劑。本文用聚[4,8-雙(5-(2-乙基己基)噻吩-2基)苯并[1,2-b;4,5-b’]雙噻吩-2,6-雙基-(4-(2-乙基己基)-3-氟代噻吩[3,4-b]噻吩-)-2-羧基-2,6-雙基](PTB-Th)和聚[N,N’-雙(2-辛基十二烷基)-1,4,5,8-萘二酰亞胺-2,6-雙基-并-5,5’-(2,2’-雙噻吩)](N2200)的不良溶劑甲醇采用浸泡和熏蒸兩種不同的方式處理它們二元混合的活性層薄膜。根據(jù)極性原理,極性溶劑與極性物質(zhì)有更強(qiáng)的相互作用,相對于PTB7-Th,甲醇和N2200之間有更強(qiáng)的相互作用,因而隨著作用時間的變化,表面形成了不同主要成分的自生緩沖層。首先,采用甲醇浸泡的方式處理活性層,通過接觸角和膜厚的測量證明甲醇對N2200有更強(qiáng)的作用;通過對活性層表面功函、表面物質(zhì)含量等的測試發(fā)現(xiàn)隨著浸泡處理的進(jìn)行,在活性層表面自發(fā)形成了以N2200為主要成分的自生緩沖層,這層緩沖層降低了活性層的表面功函,同時減小了正置結(jié)構(gòu)器件中活性層與電極之間的勢壘,實現(xiàn)了提高器件效率的目的。其次,隨著甲醇浸泡時間的繼續(xù)增加,活性層的表面功函反而增大了,這是因為在表面形成了以PTB7-Th為主要成分的自生緩沖層。這層緩沖層增加了活性層的表面功函,降低了倒置結(jié)構(gòu)器件中活性層與電極之間的勢壘,實現(xiàn)了提高器件效率的目的。再次,用甲醇熏蒸的方式處理活性層,進(jìn)一步研究了甲醇對PTB7-Th/N2200活性層的作用機(jī)理。當(dāng)熏蒸時間不超過3 min時,表面功函持續(xù)減小,這是因為更多的N2200擴(kuò)散到活性層的表面,在表面形成了以N2200為主要成分的緩沖層。繼續(xù)增加熏蒸時間,表面功函將維持穩(wěn)定,不再變化。本文率先提出了用不良溶劑處理活性層的方式,并且用實驗證明這是一個提高器件性能的有效方式,同時探索了甲醇對PTB7-Th/N2200活性層的作用機(jī)理。
【學(xué)位單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM615
【部分圖文】：

向熱能的轉(zhuǎn)化，比如太陽能熱水器、太陽灶等，如圖 1.1 所示，這是太陽能最用方式；其二是太陽能向電能的轉(zhuǎn)化，如光電二極管、太陽能電池等，其中電池為代表的光伏器件成為現(xiàn)今的研究熱點，各國都投入了大量的人力、物陽能電池的研究。按照活性層的材料來源太陽能電池分為無機(jī)太陽能電池、有機(jī)太陽能電池敏化太陽能電池。目前能較大規(guī)模應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn)的是無機(jī)太陽能電池，它藝純熟，使用壽命長，穩(wěn)定性好，轉(zhuǎn)化效率高，單異質(zhì)結(jié)器件的效率已經(jīng)超過]，但是這類電池工藝復(fù)雜、成本高還會對環(huán)境造成污染，這些使它的發(fā)展應(yīng)用大的限制。染料敏化太陽能電池材料豐富，成本低，工藝相對簡單，但存在低，耐久性不高，電解液易泄露等問題，這些問題也限制了它的發(fā)展。有機(jī)池以其工藝簡單、質(zhì)量輕、材料來源廣、易大面積制造、柔性好、成本低等[為目前最有前景的光伏器件，如圖 1.2 所示。目前有機(jī)太陽能電池的大規(guī)模商要限制于器件較低的功率轉(zhuǎn)化效率(PCE)，為此科研工作者們主要從材料、器件貌調(diào)控等幾個方面進(jìn)行優(yōu)化以提高器件的功率轉(zhuǎn)化效率[7-9]。除此以外，近年程[10, 11]也以其獨特的優(yōu)勢吸引了越來越多人的注意。

圖 1.2 有機(jī)太陽能電池.2 有機(jī)光伏器件簡介.2.1 有機(jī)光伏器件的發(fā)展進(jìn)程光伏器件就是將光能轉(zhuǎn)化成電能或者將電能轉(zhuǎn)化成光能的器件，有機(jī)光伏器光伏器件的活性層由有機(jī)材料制成。本文研究將太陽能轉(zhuǎn)化成電能的有機(jī)光伏的發(fā)展歷史可以追述到上世紀(jì)中期，美國的 Keams 和 Calvin 在兩個不同的電極入酞菁酮(CuPc)層制備出了世界上第一個有機(jī)光電轉(zhuǎn)換器[12]，但是當(dāng)時這個器路電壓只有很小的 200 mV,因此器件的效率也特別低，只有 0.01 %，盡管如此拉開了有機(jī)太陽能電池發(fā)展的序幕。隨后的二十多年中，對有機(jī)太陽能電池的乎都只是改變電極中間的夾層材料，因此沒有重大的創(chuàng)新突破，器件的效率也大的提高，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 1 %。直到 1986 年，Tang (鄧青云博士)將雙層異質(zhì)結(jié)入了有機(jī)太陽能電池，器件的效率才有了重大突破。他以酞菁銅為給出電子的

圖 1.3 (a)雙異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu)示意圖；(b)可溶液處理的異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu)示意圖2 國內(nèi)外有機(jī)光伏器件的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)在的光伏器件無論是在實驗室還是商業(yè)生產(chǎn)中，無機(jī)器件不管是在制作工是轉(zhuǎn)化效率方面都遠(yuǎn)高于有機(jī)器件，比如硅基的太陽能電池其光電轉(zhuǎn)化效率 25 %[22]，而有機(jī)太陽能電池才剛超過 12 %，但是近年來有機(jī)材料成為各國研
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本文編號：2861544