發(fā)布時間：2020-12-21 14:14

　　隨著人類對能源的需求和消耗不斷增加，研發(fā)清潔、綠色且低成本的新能源具有重要意義。有機太陽能電池（OSC）生產(chǎn)成本低、可制備成柔性和便攜式器件，并具有卷對卷生產(chǎn)的潛力，是新能源領(lǐng)域最富發(fā)展前景的研究方向之一。為進一步提高OSC器件效率，并促進有機太陽能電池的實用化進程，當(dāng)前對OSC器件的研究主要集中在四個方面：開發(fā)具有寬光譜、高載流子遷移率的活性材料；通過理論模擬優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)；采用電極修飾材料提高電荷傳輸和收集效率；研究能夠制備柔性基底／大面積器件的生產(chǎn)制備方法。本文主要對OSC器件的理論模擬、電極修飾，以及靜電噴霧法制備進行了研究。對OSC器件的光電轉(zhuǎn)換過程建立理論模型進行仿真模擬，將理論仿真結(jié)果與器件實驗結(jié)果相結(jié)合，將有助于理解器件工作機理，優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)設(shè)計，指導(dǎo)器件實驗的方向。理論模擬方面，本文通過理論模型和數(shù)值模擬對器件進行分析與設(shè)計。首先根據(jù)光學(xué)模型和電學(xué)模型，設(shè)計出能夠?qū)SC器件中電磁場分布和器件效率進行仿真計算的軟件系統(tǒng)。通過理論模擬對平面異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，從理論上得到了給體、受體和陰極緩沖層的優(yōu)化厚度，以及器件中光強分布隨各層薄膜厚度的變化規(guī)律。通... 

【文章來源】：南京郵電大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

全世界每年消耗的能源（百萬噸油當(dāng)量）

有 14％。利用薄膜技術(shù)可以顯著降低光伏電池的成本，因此第二代光伏電池有望在不久的將來占有更大市場份額。然而，由于受到器件效率較低且材料價格較高的限制，第二代光伏電池的成本難以進一步下降。第三代光伏電池包括多層異質(zhì)結(jié)電池，染料敏化電池和有機光伏電池。多層異質(zhì)結(jié)電池通過將多個不同帶隙的單層異質(zhì)結(jié)電池疊加，增加光子吸收，從而可以顯著提高器件效率，當(dāng)前多層異質(zhì)結(jié)光伏電池的最高效率可達 33％[2]。染料敏化太陽能電池（dye sensitized solar cells，DSSC）是模仿光合作用的原理，采用有機染料來增加光吸收3,4]。DSSC 制備簡單，成本低，實驗室中制備的 DSSC 的效率最高可達 12％[5]，然而其壽命遠低于基于無機材料的光伏電池。有機太陽能電池（organic solar cells，OSC）采用有機聚合物或小分子做為活性材料，當(dāng)前單層 OSC 的實驗室效率最高為 9％左右[6,7]，低于無機材料的光伏電池和 DSSC。然而，由于 OSC 具有生產(chǎn)成本低、可制備成柔性和便攜式器件、可進行卷對卷生產(chǎn)等潛力，具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，近年來得到廣泛關(guān)注，已成為新材料和新能源領(lǐng)域最富生機和活力的研究課題之一。從 1976 年至 2013 年，各種光伏電池的最高效率如圖 1.2 所示[8]。

系的研究興趣。1986 年，鄧青云博士報道了第一個雙層結(jié)構(gòu)有機光伏器件（如圖 1.3 所示），采用酞菁銅（copper phthalocyanine，CuPc）做為 p 型半導(dǎo)體，四羧基苝的衍生物（perylene-disimide derivatives，PDI）做為 n 型半導(dǎo)體，其功率轉(zhuǎn)換效率（power conversionefficiency, PCE）達到 1％[12]。該研究首次引入了電子給體（p 型）／電子受體（n 型）有機雙層異質(zhì)結(jié)的概念，并解釋了光伏效率高的原因是由于光致激子在雙層異質(zhì)結(jié)界面的光誘導(dǎo)解離效率較高。1992 年，Sariciftci 和 Heeger 及其合作者研究發(fā)現(xiàn)，用共軛聚合物作為電子給體和富勒烯（C60）做為電子受體的體系[13]，在光誘導(dǎo)下可發(fā)生快速電荷轉(zhuǎn)移且該過程的速率遠遠大于其逆向過程。原因是 C60表面是一個很大的共軛系統(tǒng)，其電子在由 60 個碳原子組成的分子軌道上離域，因此可以穩(wěn)定外來電子[9,10]。這一發(fā)現(xiàn)，使聚合物太陽能電池的研究成為新的熱點。1995 年，Heeger 及其合作者制備出體異質(zhì)結(jié)器件，以聚對苯撐乙炔衍生物（MEH-PPV）作為給體，C60衍生物 PCBM 作為受體，將兩種材料共混制成具有互穿網(wǎng)絡(luò)的活性層，如圖 1.4 所示[14]。這種結(jié)構(gòu)中無處不在的納米尺度的界面大大增加了異質(zhì)結(jié)面積，使激子解離效率提高，從而使 ηp達到 2.9％[14]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]A thermal stable cathode buffer based on an inexpensive tetranuclear zinc(Ⅱ) complex for organic photovoltaic devices[J]. LI ZhiGang 1,2,GAO ZhiQiang 1*,WANG HaiShan 1,2,ZHANG Hui 1,2,ZHAO XinYan 1,2,MI BaoXiu 1,2 & HUANG Wei 2* 1 Jiangsu Engineering Centre for Flat-Panel Displays & Solid-state Lighting and School of Materials Science & Engineering,Nanjing University of Posts & Telecommunications,Nanjing 210046,China 2 Key Laboratory for Organic Electronics & Information Displays(KLOEID) and Institute of Advanced Materials(IAM),Nanjing University of Posts & Telecommunications,Nanjing 210046,China..  Science China(Chemistry). 2012(12)
[2]Recent progress in the numerical modeling for organic thin film solar cells[J]. ZHAO XinYan1, MI BaoXiu1,2, GAO ZhiQiang2 & HUANG Wei1 1 Key Laboratory for Organic Electronics & Information Displays (KLOEID), Institute of Advanced Materials (IAM), Nanjing University of Posts & Telecommunications, Nanjing 210046, China; 2 Jiangsu Engineering Centre for Flat-Panel Displays & Solid-State Lighting, School of Materials Science & Engineering, Nanjing University of Posts & Telecommunications, Nanjing 210046, China.  Science China(Physics,Mechanics & Astronomy). 2011(03)
[3]基于有機薄膜的太陽能電池材料與器件研究進展[J]. 密保秀,高志強,鄧先宇,黃維.  中國科學(xué)(B輯:化學(xué)). 2008(11)



本文編號：2929964