聚合物/染料复合结构光伏特性的研究

论文摘要

有机光伏器件效率较低的一个主要原因就是对可见光的吸收谱较窄。因此,在以PPV衍生物与富勒烯及其衍生物的掺杂体系为功能层的光伏器件中,我们通过复合染料来拓展器件吸收谱,以此提高光生载流子的产生几率,使光伏器件的性能得到提升。本论文中,我们利用酞菁类染料作为其复合材料,采用聚合物/染料共掺制备复合薄膜光伏器件以及聚合物/染料分层制备层叠光伏器件这两种器件结构,通过优化掺杂比例和功能层的膜厚,使器件的性能都得到了有效的提升。同时,在染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池（DSSC）中,为了解决其中液态电解质带来的诸多问题,我们研究了以聚合物MEH-PPV或有机小分子CuPc为固态电解质的DSSC电池,即染料敏化异质结太阳能电池（DSH）。1)分别研究了酞菁氧钛（TiOPc）以不同的质量比例共掺对单层MEH-PPV光伏器件和MEH-PPV:C60体异质结型光伏器件性能的影响。共掺TiOPc都拓宽了原器件对可见光的吸收谱。MEH-PPV与TiOPc在其最佳共掺比例1:2（wt）时,器件短路电流密度Jsc和转化效率η分别比无TiOPc掺入的原器件提高了约40%和60%;同时,Voc也有不同程度的提高。而MEH-PPV:C60与TiOPc在其最佳共掺比例1:5（wt）时的器件,其Jsc和η则分别比原器件提高了约70%和90%。2)分别研究了蒸镀不同厚度酞菁铜（CuPc）层对MEH-PPV:PCBM以及MEH-PPV:C60两种体异质结型光伏器件性能的影响。蒸镀一定厚度的CuPc,同样能够拓展原器件对可见光谱的覆盖。两种器件都在CuPc厚度为8nm时性能最佳,相比于无CuPc层的原器件,MEH-PPV:PCBM复合体系的Jsc和η都提高了约80%;MEH-PPV:C60复合体系的Jsc和η则分别提高了约150%和175%。3)通过对比实验发现:以MEH-PPV为空穴传输层的DSH电池,在空穴传输层厚度为80nm时器件性能最优:Jsc,Voc和η分别为3.85mA/cm2,0.96V和1.34%;而以CuPc为空穴传输层的DSH电池则在CuPc膜厚为40nm时性能最优:Jsc,Voc和η分别为248.3μA/cm2,0.61V,0.058%。相比于常规的以I3/I-氧化-还原对为液态电解质的DSSC电池,两种DSH电池的Voc均有不同程度的提高。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 有机光伏器件
• 1.1.1 有机光伏器件的研究背景和工作原理
• 1.1.2 有机光伏器件的材料
• 1.1.3 有机光伏器件的结构
• 1.1.4 本论文的研究领域
• 1.2 染料敏化异质结太阳能电池
• 2太阳能电池的研究背景'>1.2.1 染料敏化纳米晶TiO₂太阳能电池的研究背景
• 1.2.2 DSSC的工作原理
• 1.2.3 染料敏化异质结电池工作原理和发展进程
• 1.3 本论文的主要工作
• 第2章 实验方法
• 2.1 有机太阳电池的制备工艺
• 2.2 染料敏化太阳能电池的制备工艺
• 2.3 光伏器件的测试
• 2.3.1 电流-电压特性的测量
• 2.3.2 吸收光谱的测量
• 2.3.3 光谱响应特性的测量
• 第3章 聚合物/染料复合体系光伏特性的研究
• 3.1 聚合物/染料复合体系的光伏特性
• 3.2 TiOPc共掺聚合物器件光伏特性的研究
• 3.2.1 TiOPc共掺MEH-PPV单层器件的光伏特性
• 3.2.2 TiOPc共掺MEH-PPV:C60体异质结器件的光伏特性
• 3.3 CuPc层叠聚合物器件光伏特性的研究
• 3.3.1 CuPc层叠聚合物光伏器件
• 3.3.2 CuPc层叠MEH-PPV:PCBM器件的光伏特性
• 3.3.3 CuPc层叠MEH-PPV:C60器件的光伏特性
• 3.4 本章小结
• 第4章 染料敏化异质结电池的光伏特性研究
• 4.1 染料敏化异质结电池
• 4.2 以有机空穴传输材料为空穴传输层的DSH电池
• 4.2.1 以MEH-PPV为空穴传输层的DSH电池的光伏特性
• 4.2.2 以CuPc为空穴传输层的DSH电池的光伏特性
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集