有機(jī)太陽(yáng)能電池作為新型光伏技術(shù)的一種,具有環(huán)保、質(zhì)輕、成本低、易制備等優(yōu)點(diǎn),是近年來(lái)能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在眾多提高器件光伏性能的策略之中,三元策略同時(shí)兼顧了單異質(zhì)結(jié)電池的簡(jiǎn)單工藝和疊層器件對(duì)光子較強(qiáng)的捕獲能力,是提升有機(jī)太陽(yáng)能電池性能行之有效的方法之一。然而,三元有機(jī)太陽(yáng)能電池的發(fā)展仍面臨著如下問(wèn)題:首先,有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率尚未達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)一步提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率是三元有機(jī)太陽(yáng)能電池發(fā)展面臨的首要問(wèn)題;其次,三元電池中各組分材料間的相互作用對(duì)器件性能的影響十分重要,合理利用第三元組分誘導(dǎo)活性層的相分離和電荷動(dòng)力學(xué)過(guò)程仍需進(jìn)一步的深入研究;第三,有機(jī)太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性是繼器件效率突破之后的另一關(guān)鍵問(wèn)題,第三元材料的引入對(duì)器件穩(wěn)定性的影響值得關(guān)注;最后,三元策略在有機(jī)太陽(yáng)能電池的應(yīng)用領(lǐng)域,如半透明有機(jī)光伏器件等方面仍需大力發(fā)展。針對(duì)上述問(wèn)題,本論文通過(guò)合理地調(diào)控第三元組分與主體系分子間的相互作用,改善活性層的電學(xué)性能和微觀形貌,實(shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性的三元有機(jī)太陽(yáng)能電池。本論文主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:（1）創(chuàng)新性地采用分子間氫鍵策略改善富勒烯分子的電學(xué)特性,定向地誘... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

基于PTB7-Th:PC71BM(120 nm)和PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO(80 nm)活性層的透射光譜

圖6-5基于PTB7-Th:PC71BM(120 nm)和PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO(80 nm)活性層的透射光譜隨后,制備了基于PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO的半透明有機(jī)太陽(yáng)能電池。電池結(jié)構(gòu)為ITO/ZnO(20 nm)/Active layer(80 nm)/MoO3(10 nm)/Au(1nm)/Ag(10-30nm),如圖6-6所示,采用1nm的Au與不同厚度的Ag配合使用作為透明電極,一方面可以有效地抑制Ag的滲透效應(yīng),另一方面增加了低厚度下Ag薄膜的均勻性,確保形成具有良好透過(guò)率和較低電阻的連續(xù)的Ag電極。半透明器件在可見(jiàn)光區(qū)域(370-740 nm)的透射光譜是測(cè)量從玻璃/ITO面入射到透明電極一側(cè)出射的光譜,如圖6-7(a)所示。與近期報(bào)道的基于近紅外非富勒烯受體的半透明器件不同,所有器件在可見(jiàn)光區(qū)域均顯示適當(dāng)?shù)耐干渎?這表明我們工作中的半透明有機(jī)太陽(yáng)能電池在400-600 nm的強(qiáng)烈太陽(yáng)光輻射區(qū)域具有均衡的吸收率和透射率。當(dāng)Ag電極的厚度為10 nm時(shí),半透明器件在獲得6.83%的PCE的同時(shí)獲得了49.5%的超高AVT。進(jìn)一步將Ag電極的厚度增加到20 nm,半透明器件的PCE增加到8.41%,AVT為30.8%。該結(jié)果實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)高PCE和良好的AVT的平衡。將Ag的厚度增加到30 nm,半透明器件的PCE到達(dá)了9.71%,而器件的AVT下降至15.9%。相關(guān)的器件數(shù)據(jù)列在表6-5中。

隨后,制備了基于PTB7-Th:PC71BM:0.5%DDO:1%DIO的半透明有機(jī)太陽(yáng)能電池。電池結(jié)構(gòu)為ITO/ZnO(20 nm)/Active layer(80 nm)/MoO3(10 nm)/Au(1nm)/Ag(10-30nm),如圖6-6所示,采用1nm的Au與不同厚度的Ag配合使用作為透明電極,一方面可以有效地抑制Ag的滲透效應(yīng),另一方面增加了低厚度下Ag薄膜的均勻性,確保形成具有良好透過(guò)率和較低電阻的連續(xù)的Ag電極。半透明器件在可見(jiàn)光區(qū)域(370-740 nm)的透射光譜是測(cè)量從玻璃/ITO面入射到透明電極一側(cè)出射的光譜,如圖6-7(a)所示。與近期報(bào)道的基于近紅外非富勒烯受體的半透明器件不同,所有器件在可見(jiàn)光區(qū)域均顯示適當(dāng)?shù)耐干渎?這表明我們工作中的半透明有機(jī)太陽(yáng)能電池在400-600 nm的強(qiáng)烈太陽(yáng)光輻射區(qū)域具有均衡的吸收率和透射率。當(dāng)Ag電極的厚度為10 nm時(shí),半透明器件在獲得6.83%的PCE的同時(shí)獲得了49.5%的超高AVT。進(jìn)一步將Ag電極的厚度增加到20 nm,半透明器件的PCE增加到8.41%,AVT為30.8%。該結(jié)果實(shí)現(xiàn)了在整個(gè)可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)高PCE和良好的AVT的平衡。將Ag的厚度增加到30 nm,半透明器件的PCE到達(dá)了9.71%,而器件的AVT下降至15.9%。相關(guān)的器件數(shù)據(jù)列在表6-5中。圖6-7(b)顯示了Ag厚度為10、20和30 nm(從左到右)的半透明器件的實(shí)物照片。透過(guò)半透明器件,背景清晰可辨。表明所有半透明器件均具有良好的可見(jiàn)光透過(guò)率�；诓煌姌O厚度的半透明器件的J-V曲線如圖6-7(c)所示,隨著Ag厚度從30 nm減小到10 nm,半透明器件的JSC表現(xiàn)出規(guī)律性的衰減。如圖6-7(d)中的EQE曲線所示,與不透明器件相比,半透明器件的EQE光譜在可見(jiàn)光區(qū)域顯示出明顯的下降,這歸因于半透明器件在可見(jiàn)光區(qū)域良好的透過(guò)性。此外,當(dāng)Ag電極的厚度減小到20 nm和10 nm時(shí),半透明器件的EQE在300-800 nm的整個(gè)吸收范圍內(nèi)呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì),這是因?yàn)殡S著Ag厚度的減薄,半透明電極的反射率降低,導(dǎo)致活性層對(duì)光子捕獲能力的降低。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]效率超過(guò)17.2%類合金模型的三元聚合物太陽(yáng)能電池（英文）[J]. 安橋石,王健,高威,馬曉玲,胡拯豪,高進(jìn)華,徐春雨,郝明輝,張曉俐,楊楚羅,張福俊.  Science Bulletin. 2020(07)
[2]有機(jī)太陽(yáng)電池效率突破18%（英文）[J]. 劉啟世,江宇凡,金柯,秦建強(qiáng),許金桂,李文婷,熊驥,劉金鳳,肖作,孫寬,楊上峰,張小濤,丁黎明.  Science Bulletin. 2020(04)



本文編號(hào)：3012667