本文關(guān)鍵詞：基于改性PEDOT:PSS陽(yáng)極修飾層的聚合物太陽(yáng)能電池的研究

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【摘要】：近年來(lái)研究顯示,聚合物太陽(yáng)電池依靠其成本低、比重小、易加工、可柔性等眾多優(yōu)勢(shì),成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。經(jīng)過多年努力,有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池在給受體材料、電池結(jié)構(gòu)及界面設(shè)計(jì)等方面都獲得了長(zhǎng)足進(jìn)步,而且其實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了10%左右。但是,有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的器件穩(wěn)定性一直沒有被很好解決,電池壽命低使其一直難以產(chǎn)業(yè)化。影響聚合物太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性的原因有空穴傳輸層PEDOT:PSS對(duì)透明電極的腐蝕、PEDOT:PSS的吸水易降解、低功函電子注入層容易被氧化、給受體有機(jī)材料自身光照下衰減等等。本研究工作針對(duì)目前有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池所面臨的問題,選擇合適的富磺酸根有機(jī)材料替代或摻雜改性PEDOT:PSS陽(yáng)極修飾層,大大提高了聚合物太陽(yáng)能器件的壽命和效率。PEDOT:PSS是一種聚合物太陽(yáng)能電池常用的空穴傳輸材料。但是,PEDOT: PSS具有很強(qiáng)的酸性和吸水性,會(huì)直接影響電池器件的穩(wěn)定性。因此,本研究提出了采用采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)、全氟磺酸(Nafion)等富磺酸根有機(jī)物對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行替代或摻雜改性處理以改善聚合物太陽(yáng)能電池性能的一系列方法。采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)、全氟磺酸(Nafion)作為聚合物太陽(yáng)能電池的陽(yáng)極修飾層,器件結(jié)構(gòu)采取標(biāo)準(zhǔn)的P3HT給體、PC60BM受體結(jié)構(gòu),制備出了良好性能的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池。相比于采用PEDOT:PSS為空穴傳輸層的器件,雖然器件效率有所降低,但是器件的穩(wěn)定性都得到了一定改善。在AM1.5G1000W/m2標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下,SPEEK和Nafion,在基于P3HT給體、PC60BM受體體系的聚合太陽(yáng)能電池下分別獲得了3.64%和4.01%的光電轉(zhuǎn)換效率。另外,Nafion在基于P3HT給體、PC60BM受體的反向結(jié)構(gòu)聚合物太陽(yáng)能電池中也取得良好效果,得到3.70%的光電轉(zhuǎn)化效率。采用Nafion對(duì)PEDOT:PSS進(jìn)行摻雜改性處理,同樣采用標(biāo)準(zhǔn)P3HT給體、PC60BM受體器件結(jié)構(gòu),制備出了不僅具備良好器件穩(wěn)定性,而且同時(shí)具備更高光電轉(zhuǎn)換效率的聚合物抬眼更電池。通過Nafion改性摻雜處理后,Nafion改性膜呈現(xiàn)了明顯的納米級(jí)相分離,使基于P3HT給體、PC60BM受體結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池在AM 1.5G 1000W/m2標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到4.63%,相比于未改性處理的器件效率提升14%。同時(shí),Nafion在膜內(nèi)的形成的穩(wěn)定骨架結(jié)構(gòu),使得電池器件的穩(wěn)定性也得到大幅改善。
【關(guān)鍵詞】：聚合物太陽(yáng)能電池 Nafion SPEEK PEDOT PSS 空穴傳輸層
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 引言11-12
• 1.2 光伏電池行業(yè)發(fā)展歷史12-13
• 1.3 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池發(fā)展歷史13-14
• 1.4 有機(jī)聚合物太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)及原理14-16
• 1.4.1 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)14-15
• 1.4.2 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池工作原理15-16
• 1.5 有機(jī)聚合物太陽(yáng)電池的基本性能參數(shù)16-17
• 1.6 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池主要材料17-23
• 1.6.1 給體材料17-18
• 1.6.2 受體材料18-20
• 1.6.3 陽(yáng)極修飾層材料20-21
• 1.6.4 陰極修飾層材料21-23
• 1.7 論文的選題原因及研究?jī)?nèi)容23-25
• 第2章 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的制備及表征25-31
• 2.1 引言25
• 2.2 有機(jī)聚合物光伏電池材料選取及器件制備25-29
• 2.3 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池相關(guān)性能表征29-30
• 2.3.1 光伏電池器件的性能測(cè)試29
• 2.3.2 電池各功能膜層的表面形貌表征29
• 2.3.3 吸收和反射光譜的測(cè)量29-30
• 2.3.4 光電子能譜(UPS)分析30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第3章 富磺酸質(zhì)子交換膜材料作為陽(yáng)極修飾層的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池31-39
• 3.1 引言31-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-33
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料32
• 3.2.2 電池器件制備32-33
• 3.2.3 儀器測(cè)試和表征33
• 3.3 結(jié)果與討論33-38
• 3.3.1 聚合物太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)33-34
• 3.3.2 聚合物電池器件性能34-36
• 3.3.3 SPEEK的基團(tuán)分布分析36-37
• 3.3.4 Nafion的光學(xué)性能和空穴傳輸性能37-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 第4章 通過對(duì)空穴傳輸材料PEDOT:PSS進(jìn)行Nafion摻雜改性處理以提高聚合物太陽(yáng)能電池的性能39-47
• 4.1 引言39-40
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分40-41
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料40
• 4.2.2 電池器件制備40
• 4.2.3 儀器測(cè)試和表征40-41
• 4.3 結(jié)果與討論41-46
• 4.3.1 Nafion改性膜電導(dǎo)率41-42
• 4.3.2 Nafion改性膜對(duì)應(yīng)電池器件反射率42
• 4.3.3 Nafion改性膜表面形貌42-44
• 4.3.4 Nafion改性有機(jī)太陽(yáng)能電池器件性能44-45
• 4.3.5 Nafion改性有機(jī)太陽(yáng)能電池壽命45-46
• 4.4 機(jī)理分析46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 第5章 結(jié)論與展望47-48
• 參考文獻(xiàn)48-53
• 攻讀碩士學(xué)位器件發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果53-54
• 致謝54

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本文編號(hào)：705020