作為一種清潔可再生能源,太陽(yáng)能在如今資源匱乏的時(shí)期被廣泛關(guān)注。相對(duì)于已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的無(wú)機(jī)硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō),有機(jī)太陽(yáng)能電池是一種新型的光電轉(zhuǎn)化器件。作為一種應(yīng)用前景廣闊的太陽(yáng)能光伏器件,它具有重量輕、價(jià)格低、可室溫溶液加工和可制備柔性器件等優(yōu)勢(shì)。目前,經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展,有機(jī)太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)有了巨大的提高,單節(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池的器件效率已經(jīng)超過(guò)14%。為進(jìn)一步提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率,一方面是設(shè)計(jì)合成新的給受體材料和優(yōu)化給受體界面的相分離形貌;另一方面則是通過(guò)設(shè)計(jì)合成新的界面層材料,調(diào)控電極的功函,以獲得更合適的能級(jí)結(jié)構(gòu),降低界面能級(jí)壁壘,減少傳輸過(guò)程中的能量損失。目前,包含共軛主鏈和極性側(cè)鏈端基的共軛聚電解質(zhì)作為一種全新的界面層材料,正在被廣泛研究。這類界面層材料在水和甲醇等極性溶劑中具有很好的溶解性,但不溶于常用于制備活性層的有機(jī)溶劑,這對(duì)于提高界面穩(wěn)定性和提高器件效率非常重要。本文中,我們?cè)O(shè)計(jì)合成了兩種以環(huán)戊二噻吩磺酸鉀為核,苯和二氟苯為共聚單元的共軛聚電解質(zhì)作為空穴傳輸層材料,分別命名為PCPDPhSO₃K和PCPDffPhSO₃

【文章來(lái)源】：南昌大學(xué)江西省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：88 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

有機(jī)太陽(yáng)能電池工作機(jī)理Figure1.1Workingmechanismfororganicsolarcell

聚合物夾在兩個(gè)電極之間。這類電池產(chǎn)生的激子擴(kuò)散范圍不超過(guò) 10nm，因此很容易發(fā)生激子復(fù)合的現(xiàn)象，能量轉(zhuǎn)化效率也因此受到極大限制。在人們認(rèn)識(shí)到單一共軛聚合物作為活性層帶來(lái)的不利影響后，開始探索全新的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。1986 年，柯達(dá)公司的研究人員為新型太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)做出了里程碑式的工作。他們將四羥基苝衍生物（PV）和銅酞菁（CuPc）兩種材料作為太陽(yáng)能電池的活性層，制備了一種雙層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池[25]。雖然在當(dāng)時(shí)雙層結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池器件效率也僅僅達(dá)到 1%，但相對(duì)于單層太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)已經(jīng)是一個(gè)巨大的進(jìn)步。后來(lái)，共軛聚合物與 C60之間超快的電荷轉(zhuǎn)移效率被來(lái)自美國(guó)的黑格爾教授（Alan J. Heeger）首次發(fā)現(xiàn)，并設(shè)計(jì)出基于聚苯撐乙烯和 C60為活性層的雙層異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池[26]。這類器件結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池吸收光子產(chǎn)生的激子在擴(kuò)散至給體和受體界面時(shí)發(fā)生分離，產(chǎn)生可自由移動(dòng)的電子和空穴。電子和空穴沿著受體和給體層傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)電極，最終產(chǎn)生光電壓和光電流。但是，由于激子的擴(kuò)散距離只有 10nm 左右，而且激子壽命又很短暫，導(dǎo)致大部分激子無(wú)法擴(kuò)散到給受體界面，使得最后電極收集到的電子和空穴非常有限，而能量轉(zhuǎn)化效率也因此無(wú)法得到更好的提升[27]。

本體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)的提出就是針對(duì)激子無(wú)法有效擴(kuò)散到給受體界面的問(wèn)題。在這類器件結(jié)構(gòu)中，給體材料和受體材料通過(guò)簡(jiǎn)單的物理共混，來(lái)制備理想情況下具有均勻互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的薄膜。由于給受體材料經(jīng)過(guò)共混，增加了許多給受體接觸界面，因此提供給激子分離的界面大大增加，從而提高了激子分離效率[28-29]。與此同時(shí)，共混后形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以給電子和空穴的收集、傳輸提供更多的通道，極大的提高最終到達(dá)電極的電荷數(shù)量[30]。由于具備以上多種優(yōu)勢(shì)，本體異質(zhì)結(jié)電池是目前研究最廣泛的有機(jī)太陽(yáng)能電池，并且目前最高的能量轉(zhuǎn)化效率也是這類電池取得的，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，小面積器件已經(jīng)超過(guò) 14%的器件效率了。另外，本體異質(zhì)結(jié)電池又可以細(xì)分為正向結(jié)構(gòu)和反向結(jié)構(gòu)，兩者的區(qū)別主要是界面修飾層的旋涂順序不一樣。疊層太陽(yáng)能電池是將兩個(gè)或多個(gè)電池疊加起來(lái)，在每個(gè)小電池結(jié)構(gòu)中使用不同帶隙的活性層材料，以盡可能的拓寬疊層電池對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收范圍，因此可以有效的提高對(duì)太陽(yáng)光的利用率[31-32]。但此類電池結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，制備工藝繁瑣，現(xiàn)階段只有較少的一部分研究人員在從事這類電池的研究。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Diketopyrrolopyrrole-based Conjugated Polymers as Additives to Optimize Morphology for Polymer Solar Cells[J]. Xun-fan Liao,Jing Wang,Shuang-ying Chen,諶烈,Yi-wang Chen.  Chinese Journal of Polymer Science. 2016(04)
[2]聚合物太陽(yáng)能電池高效共軛聚合物給體和富勒烯受體光伏材料[J]. 李永舫.  高分子通報(bào). 2011(10)



本文編號(hào)：2897674