作為一種清潔可再生能源,太陽能在如今資源匱乏的時期被廣泛關(guān)注。相對于已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的無機硅太陽能電池來說,有機太陽能電池是一種新型的光電轉(zhuǎn)化器件。作為一種應用前景廣闊的太陽能光伏器件,它具有重量輕、價格低、可室溫溶液加工和可制備柔性器件等優(yōu)勢。目前,經(jīng)過近十年的發(fā)展,有機太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)有了巨大的提高,單節(jié)有機太陽能電池的器件效率已經(jīng)超過14%。為進一步提高有機太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率,一方面是設(shè)計合成新的給受體材料和優(yōu)化給受體界面的相分離形貌;另一方面則是通過設(shè)計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結(jié)構(gòu),降低界面能級壁壘,減少傳輸過程中的能量損失。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溶劑,這對于提高界面穩(wěn)定性和提高器件效率非常重要。本文中,我們設(shè)計合成了兩種以環(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

【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

有機太陽能電池工作機理Figure1.1Workingmechanismfororganicsolarcell

聚合物夾在兩個電極之間。這類電池產(chǎn)生的激子擴散范圍不超過 10nm，因此很容易發(fā)生激子復合的現(xiàn)象，能量轉(zhuǎn)化效率也因此受到極大限制。在人們認識到單一共軛聚合物作為活性層帶來的不利影響后，開始探索全新的太陽能電池結(jié)構(gòu)。1986 年，柯達公司的研究人員為新型太陽能電池器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計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）兩種材料作為太陽能電池的活性層，制備了一種雙層結(jié)構(gòu)的太陽能電池[25]。雖然在當時雙層結(jié)構(gòu)的太陽能電池器件效率也僅僅達到 1%，但相對于單層太陽能電池來說已經(jīng)是一個巨大的進步。后來，共軛聚合物與 C60之間超快的電荷轉(zhuǎn)移效率被來自美國的黑格爾教授（Alan J. Heeger）首次發(fā)現(xiàn)，并設(shè)計出基于聚苯撐乙烯和 C60為活性層的雙層異質(zhì)結(jié)太陽能電池[26]。這類器件結(jié)構(gòu)的太陽能電池吸收光子產(chǎn)生的激子在擴散至給體和受體界面時發(fā)生分離，產(chǎn)生可自由移動的電子和空穴。電子和空穴沿著受體和給體層傳輸?shù)綄姌O，最終產(chǎn)生光電壓和光電流。但是，由于激子的擴散距離只有 10nm 左右，而且激子壽命又很短暫，導致大部分激子無法擴散到給受體界面，使得最后電極收集到的電子和空穴非常有限，而能量轉(zhuǎn)化效率也因此無法得到更好的提升[27]。

本體異質(zhì)結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)的提出就是針對激子無法有效擴散到給受體界面的問題。在這類器件結(jié)構(gòu)中，給體材料和受體材料通過簡單的物理共混，來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，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電極的電荷數(shù)量[30]。由于具備以上多種優(yōu)勢，本體異質(zhì)結(jié)電池是目前研究最廣泛的有機太陽能電池，并且目前最高的能量轉(zhuǎn)化效率也是這類電池取得的，在實驗室環(huán)境下，小面積器件已經(jīng)超過 14%的器件效率了。另外，本體異質(zhì)結(jié)電池又可以細分為正向結(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。疊層太陽能電池是將兩個或多個電池疊加起來，在每個小電池結(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太陽光譜的吸收范圍，因此可以有效的提高對太陽光的利用率[31-32]。但此類電池結(jié)構(gòu)更加復雜，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】：
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. 2011(10)



本文編號：2897674