本文選題：聚合物/富勒烯太陽電池 + 制備及表征過程��； 參考：《江南大學》2017年博士論文

【摘要】：有機太陽電池是一種極具潛力的新型太陽電池,與傳統(tǒng)的無機太陽電池相比,有機材料具備來源廣泛、質(zhì)量輕便、能夠大面積制備、柔性與延展性好、以及材料色彩多樣性等優(yōu)點。另一方面,對有機太陽電池的研究尚未形成統(tǒng)一的理論,許多現(xiàn)象還不到解釋,器件的效率受到許多問題的影響。因此,對有機太陽電池制備及表征的研究顯得十分重要。本文以聚合物/富勒烯本體異質(zhì)結(jié)為研究對象,選取了聚3-己基噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)為異質(zhì)結(jié)材料,對基于聚合物/富勒烯的異質(zhì)結(jié)太陽電池的制備工藝及光電轉(zhuǎn)換現(xiàn)象進行了深入研究,主要成果如下:提出鋪撒鋅粉濕法刻蝕新工藝,提高刻蝕效率。本文在傳統(tǒng)的濕法刻蝕流程中,在ITO陽極刻蝕之前鋪撒鋅粉,利用鋅粉與氧化錫構(gòu)成原電池反應,減少了電極邊緣的鉆蝕,提高刻蝕電極的精細度。新工藝陽極刻蝕時間僅需20 s左右,是傳統(tǒng)濕法刻蝕工藝時間的一半。得出聚合物/富勒烯太陽電池最佳有源層厚度。本文根據(jù)聚合物/富勒烯(質(zhì)量比1:1)為本體異質(zhì)結(jié)的有源層需要平衡光子吸收與激子擴散這一特點。通過實驗得到90 nm厚的有源層是既能保證足夠的光子吸收,也能保證激子在給體/受體接觸界面附近分離的最佳有源層的結(jié)論。與偏離最佳有源層的聚合物/富勒烯太陽電池相比,有源層厚度為90 nm厚的聚合物/富勒烯太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高了近12%�；�90 nm有源層最佳厚度的結(jié)構(gòu),采用陰極進行了修飾研究與陽極摻雜改性使聚合物/富勒烯太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高6.89倍。實驗研究表明使用鈣單質(zhì)作為陰極修飾層能夠有效的提升器件的開路電壓。與未使用陰極修飾層的聚合物/富勒烯太陽電池相比,使用陰極修飾層后聚合物/富勒烯太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率從0.55%提升到1.27%,提高了1.3倍。這是因為鈣元素與P3HT中的硫元素成鍵,降低了給體材料的HOMO能級,從而增大了給體與受體材料之間的勢差,導致開路電壓得到提升。陽極摻雜改性的實驗表明摻雜劑的摻雜濃度與空穴傳輸層薄膜電導率之間存在對應關系。在PEDOT:PSS溶液中摻雜二甲亞砜(體積濃度3%)后制備的聚合物/富勒烯太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率從沒有摻雜時的1.27%提高到3.79%。在上述研究的基礎上,論文利用,論文利用飛秒瞬態(tài)泵浦極化光譜和相關演化微分法研究了聚合物/富勒烯太陽電池光電轉(zhuǎn)換過程中的光生電子的時間響應。本文發(fā)現(xiàn)光生電子的產(chǎn)生時間量級為10 ps,在此時間內(nèi)一個激子便能湮滅產(chǎn)生一對自由極化子。自由極化子的產(chǎn)率在100 ps內(nèi)能夠穩(wěn)定增加。在利用瞬態(tài)光電測試系統(tǒng)對光電轉(zhuǎn)換過程中載流子復合的研究中,我們發(fā)現(xiàn)在開路條件下,有源層內(nèi)的成對復合占據(jù)主導。但當聚合物/富勒烯太陽電池連接負載之后,其復合速率在10μs之后顯著降低,這是由于內(nèi)建電場的驅(qū)動作用,使電性相反的載流子向著各自的電極遷移,使非成對復合作用增加。因此,載流子遷移與復合發(fā)生在納秒-微秒量級。在基于上述研究成果的基礎上,本文設計了一種基于聚合物/富勒烯為本體異質(zhì)結(jié)的位置傳感器。該傳感器利用有源層厚度的梯度變化,運用550 nm與620 nm雙波長激發(fā)的光電流差異特性,有效地實現(xiàn)了空間位置傳感�？傊�,本文基于DMSO摻雜的30 nm厚的PEDOT:PSS空穴傳輸層、90 nm厚的聚合物/富勒烯本體異質(zhì)結(jié)、10 nm厚的陰極修飾層制備的聚合物/富勒烯太陽電池的能使其光電轉(zhuǎn)換效率提高6.89倍。本文發(fā)現(xiàn),聚合物/富勒烯電與硅電池相比仍差距很大的原因之一來自于聚合物/富勒烯太陽電池中的載流子遷移至少需要10μs的時間,而光電子的產(chǎn)生僅在100 ps左右即可完成。本文以聚合物/富勒烯本體異質(zhì)結(jié)為基礎,對聚合物/富勒烯太陽電池的制備工藝、光電特性通過逐層優(yōu)化的方式進行了詳細的研究,制備的聚合物/富勒烯太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率隨各層優(yōu)化穩(wěn)步提升。在優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)的基礎上,本文對聚合物/富勒烯太陽電池的光電轉(zhuǎn)換過程與光電轉(zhuǎn)移現(xiàn)象進行了研究。本文側(cè)重于解決聚合物/富勒烯太陽電池中電極形貌對載流子傳輸影響的問題;修飾層對器件性能影響的問題;光生電子產(chǎn)生與復合的問題;有機光電傳感器在位置傳感中的應用等。論文側(cè)重于對實驗現(xiàn)象進行機理性的分析與研究,希望能夠?qū)窈蟮难芯抗ぷ魈峁┠承┲笇砸庖姟?br/>[Abstract]:This paper studies the preparation technology and photoelectric conversion efficiency of the polymer / fullerene solar cell which is based on polymer / fullerene . Based on the research results , the photoelectric conversion efficiency of the polymer / fullerene solar cell is improved by 6.89 times . The photoelectric conversion efficiency of the polymer / fullerene solar cell is improved by 6.89 times .

【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM914.4

【參考文獻】

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本文編號：1760143