电场诱导聚合物光伏电池的研究

论文摘要

太阳能作为可再生清洁能源，资源丰富，而且可以免费使用，正逐步成为近年来国际研究热点。太阳能电池就是一种直接将太阳能转换成电能的装置，目前正得到广泛研究。聚合物光伏电池是一种非常新颖的太阳能电池，它的优点是成本低，可以大面积加工而且柔韧性好，同时也具有光电转换效率还比较低，寿命短并且性能不够稳定这些缺点。如果可以优化其性能，提高能量转换效率，聚合物光伏电池将可以得到大规模产业化应用，这无疑有着巨大的市场前景。本论文通过在外场作用条件下制备聚合物光伏电池，探究电池光电转换的机理，包括电荷的产生、传输和收集。主要通过施加高电场诱导制备聚合物光伏电池，对聚合物进行极化，测量电场极化对载流子迁移率的影响以及用电流-电压法测试器件的光电性能，从而得到形貌可控的聚合物光伏电池。由此进一步研究载流子的传输机理，分析活性层薄膜表面结构形成以及变化的机理，了解电场诱导对器件特性的影响以及形貌变化对提高器件转换效率的影响。实验研究发现旋涂时外加直流高压电场情况下，薄膜的吸收光谱有增加的趋势，随着外加电场的增加，吸收逐渐增强。这说明在外加电场作用下，聚合物薄膜得到极化，共轭聚合物分子重新排列取向，分子排列更加有秩序，更规则，载流子更有利于链内传输，因此迁移率得到提高。同时发现加电场之后器件短路电流增大，开路电压基本相同，从而导致转换效率增加。推断原因主要是因为电场导致给体受体聚合物取向准直，形成了更统一规则的结构，由此减少了电荷复合产生的内部能量损失，增大了给体受体界面，这样有助于增加激子分离和电荷产生，同时阴极和有机活性层之间的接触区域增大，为电荷传输提供了更好的导通通道。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 发展历程
• 1.3 研究意义及主要研究内容
• 2 聚合物太阳能电池的基本原理
• 2.1 转换过程
• 2.2 性能参数
• 2.3 材料
• 2.4 器件结构
• 2.5 等效电路模型
• 2.6 本章小结
• 3 聚合物太阳能电池的制备与测量
• 3.1 ITO 玻璃的清洗
• 3.2 旋涂成膜
• 3.3 蒸镀金属电极
• 3.4 退火
• 3.5 仪器设备
• 3.6 测量
• 3.7 本章小结
• 4 实验研究
• 4.1 实验说明
• 4.2 退火影响
• 4.3 电场影响
• 4.4 迁移率介绍
• 4.5 介电阻抗谱介绍
• 4.6 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献