本文關(guān)鍵詞：聚3-己基噻吩：納米碳復(fù)合薄膜太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性研究　出處：《太原理工大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：近年來(lái),聚合物太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)11%,逐漸接近商用化門(mén)檻,但是其穩(wěn)定性能還遠(yuǎn)不能滿足應(yīng)用需求。本論文以倒置P3HT:PC_(61)BM基聚合物太陽(yáng)能電池為模型器件,通過(guò)對(duì)電池衰減過(guò)程的深入研究,得出影響器件效率和誘導(dǎo)電池衰減的一些關(guān)鍵性因素,在此基礎(chǔ)上提出了有效提高聚合物太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性的方法;進(jìn)而基于對(duì)衰減機(jī)制的理解,提出將環(huán)保、穩(wěn)定和低成本來(lái)源的碳量子點(diǎn)(CQDs)用作聚合物太陽(yáng)能的受體材料和電子緩沖材料(ETLs),以提高電池的穩(wěn)定性。本論文工作對(duì)于建立高效、高穩(wěn)定性聚合物太陽(yáng)能電池提供了重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)。具體研究結(jié)果總結(jié)如下:(1)選取倒置結(jié)構(gòu)的P3HT:PC_(61)BM太陽(yáng)能電池作為模型,詳細(xì)研究了器件在不同負(fù)載條件下的性能衰減過(guò)程。結(jié)果表明,器件的衰減表現(xiàn)出明顯的負(fù)載依賴性。器件的性能衰減與其活性層中PC_(61)BM的光誘導(dǎo)二聚過(guò)程有關(guān),電池工作時(shí)外接負(fù)載越大,其活性層內(nèi)激子濃度越高,導(dǎo)致PC_(61)BM二聚體形成加速,因而電池表現(xiàn)出外接負(fù)載依賴性衰減過(guò)程。基于這一原理判斷,在有機(jī)光活性層摻雜3%的哌嗪,利用其電子轉(zhuǎn)移作用來(lái)抑制PC_(61)BM二聚體的形成,從而有效地抑制了太陽(yáng)能電池的光致衰減行為,進(jìn)而提高了電池器件的穩(wěn)定性。(2)對(duì)倒置結(jié)構(gòu)P3HT:PC_(61)BM太陽(yáng)能電池在不同溫度下的衰減行為的研究。結(jié)果表明,器件在低溫時(shí)(50-70°C)表現(xiàn)出起始快速的指數(shù)衰減和后續(xù)緩慢的線性衰減過(guò)程;然而在高溫時(shí)(80-90°C)卻表現(xiàn)出了性能先快速衰減后恢復(fù)的現(xiàn)象。高溫退火誘導(dǎo)PC_(61)BM分子聚集是導(dǎo)致器件性能發(fā)生變化的根本原因。傳統(tǒng)溶液法制備太陽(yáng)能電池中,活性層薄膜中的給受體材料結(jié)構(gòu)處于亞穩(wěn)態(tài),對(duì)電池進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間高溫退火可以使其從原先的亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定態(tài),最終提高太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性。(3)開(kāi)發(fā)了利用化學(xué)氣相沉積法合成CQDs的方法,制備的CQDs表面含有較少的親水基團(tuán),使其在常用有機(jī)溶劑中具有良好的分散性;其最低未占分子軌道能級(jí)為-3.84 eV,與常見(jiàn)的PC_(61)BM接近。制備的基于CQDs為受體材料的P3HT:CQDs太陽(yáng)能電池相比于純P3HT器件,性能提升了2.6倍;基于CQDs為摻雜材料的P3HT:CQDs:PC_(61)BM電池相比于P3HT:PC_(61)BM器件,性能提升了11%。研究證明CQDs很有潛力用作聚合物太陽(yáng)能電池受體材料。(4)鑒于CQDs良好的有機(jī)溶劑分散性和電荷傳輸性能,研究了CQDs用作聚合物太陽(yáng)能電池的ETLs的可行性。選取P3HT:PC_(61)BM、PTB7:PC_(61)BM和PTB7-Th:PC71BM分別作為光活性層,制備了結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/有機(jī)光活性層/ETLs/Al的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池,各電池的光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到3.11%、6.85%和8.23%,和基于LiF為ETLs的太陽(yáng)能電池性能相當(dāng)。結(jié)果表明,CQDs作為ETLs具有寬的厚度寬容性,而且CQDs基ETLs可以有效提高聚合物太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明CQDs是一類應(yīng)用性能非常良好的陰極界面修飾材料。
[Abstract]:In recent years , the photoelectric conversion efficiency of polymer solar cells has exceeded 11 % , which is close to the commercial threshold , but its stability can not meet the application requirement . ( 3 ) The preparation method of CQDs was developed by chemical vapor deposition . The prepared CQDs contain less hydrophilic groups , which have good dispersibility in common organic solvents .

【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.42

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本文編號(hào)：1369596