有机聚合物太阳能电池活性层的结构及其性能研究

论文摘要

以聚合物MEH-PPV与小分子EP-PTC掺杂体系为研究对象,利用AFM系统地研究了MEH-PPV: EP-PTC复合膜的预处理和后处理对复合膜相结构的影响。结果表明,芳香性溶剂有利于MEH- PPV与EP-PTC的溶解,MEH-PPV与EP-PTC两相之间形成纳米尺寸的相分离;随着EP-PTC在掺杂体系中的含量和掺杂体系溶液浓度的增加,EP-PTC聚集体尺寸逐渐增大;随着复合膜的退火温度的升高,聚合物链间的相互作用增强,EP-PTC结晶性提高。以MEH-PPV: EP-PTC复合膜为活性层,制备了基于不同溶剂和掺杂比的有机聚合物太阳能电池,研究了复合膜的形貌对基于MEH-PPV: EP-PTC复合膜的有机聚合物太阳能电池性能的影响。研究表明,基于芳香性溶剂的太阳能电池的性能较好,其中基于氯苯的太阳能电池的能量转换效率最高为0.0621%,较基于四氢呋喃的太阳能电池提高了20倍;当MEH-PPV与EP-PTC掺杂比为1:3时,太阳能电池的能量转换效率最高为0.072% ,较掺杂比1:1的太阳能电池提高了14倍。为了提高体异质结太阳能电池的性能,我们设计并制备了给体MEH-PPV与受体PCBM界面层相互渗透的互渗式结构的有机聚合物太阳能电池。结果表明,互渗式太阳能电池由于具有互渗式的给受体接触界面,有利于光生激子的有效分离;同时在活性层与对应电极接触界面又是给受体各自界面层,有利于载流子的有效传输和收集。在光强为100mW/cm2的白光照射下,互渗式太阳能电池的能量转换效率达2.68%,比基于MEH-PPV/PCBM双层异质结电池提高了13倍;比基于掺杂比为1:1的MEH-PPV: PCBM体异质结电池提高了3.4倍,比最佳掺杂比为1: 4的体异质结电池提高了2倍。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 第一节 引言
• 第二节 有机聚合物太阳能电池的基本原理
• 1.2.1 有机聚合物太阳能电池的基本原理
• 1.2.2 衡量有机聚合物太阳能电池的光电转换效率的基本参数
• 第三节 有机聚合物太阳能电池的结构
• 1.3.1 双层结构
• 1.3.2 体异质结结构
• 1.3.3 层压式结构
• 第四节 有机聚合物太阳能电池活性层的形貌
• 1.4.1 溶剂对活性层形貌的影响
• 1.4.2 组分的掺杂比对活性层形貌的影响
• 1.4.3 溶液浓度对活性层形貌的影响
• 1.4.4 退火处理对活性层形貌的影响
• 第五节 本论文的设计思想
• 第二章 MEH-PPV: EP-PTC 复合膜的形貌及其性能研究
• 第一节 引言
• 第二节 实验部分
• 2.2.1 原料与试剂
• 2.2.2 仪器与设备
• 2.2.3 器件结构
• 2.2.4 器件的制备
• 第三节 MEH-PPV:EP-PTC 复合膜的形貌及其性能
• 2.3.1 溶剂对复合膜的形貌及其性能的影响
• 2.3.2 组分的掺杂比对复合膜的形貌及其性能的影响
• 2.3.3 溶液浓度对复合膜形貌的影响
• 2.3.4 退火处理对复合膜形貌的影响
• 第四节 小结
• 第三章 互渗式太阳能电池的结构及性能研究
• 第一节 引言
• 第二节 实验部分
• 3.2.1 原料与试剂
• 3.2.2 仪器与设备
• 3.2.3 互渗式太阳能电池的制备
• 第三节 互渗式太阳能电池的结构及性能
• 3.3.1 互渗式太阳能电池的结构表征
• 3.3.2 互渗式太阳能电池的性能
• 3.3.3 互渗式太阳能电池与传统结构太阳能电池的性能对比
• 第四节 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 摘要
• Abstract
• 致谢