三组分活性材料构成的有机异质结光伏电池研究

论文摘要

有机聚合物光伏电池以其其质量轻,易制备成柔性器件,价格低等优点而引起了广泛关注。近年来在器件的性能方面也取得了很大的改进,基于本体异质结（BHJ）结构的器件的能量转换效率已经达到了5-6%。然而通常的BHJ结构中,给体高分子与受体材料之间不能够从空间上分离开来而使电荷二次聚集程度较高,这导致激子分离效率非常低（<10%）,而大大影响了器件性能的提高。本文设计了具有三组分活性层的BHJ有机光伏电池,有效的抑制了电荷的二次聚集,大大提高了器件的性能。这种三组分活性层包含给体高分子材料,受体材料,和空穴传输材料。空穴传输材料具有相对于给体高分子材料较低的电子最高占据轨道（HOMO）。这三种材料具有相互匹配的能级和良好的分相结构。其中,给体高分子材料占主要组分,是最主要的基体材料,受体材料和空穴传输材料占次要组分。由于这三种材料在热力学上的不相容性,它们彼此独立成相。受体材料和空穴传输材料分散在给体高分子相中,在空间上彼此分隔。这就形成一种有利于电荷传输的结构。电子受体材料作为电子的传输路径,而由于空穴传输材料具有比给体高分子材料较低的HOMO能级而作为空穴的传输路径。因此电子和空穴在空间上的传输路径有效的分离开来。这在很大程度上抑制了电荷的二次聚集,从而较好地提高了光伏器件的性能。本文基于PPE/PVK/C60,PPE/TPD/C60,和PPE/TPD/SWNTs三种三组分活性层制备了三组分BHJ有机光伏电池,比相对应的基于PPE/ C60,PPE/ C60,和PPE /SWNTs的双组分BHJ有机光伏电池性能提高将近1个数量级。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 无机太阳能电池
• 1.1.2 染料敏化纳米晶太阳能电池
• 1.1.3 有机小分子太阳能电池
• 1.1.4 聚合物太阳能电池
• 1.2 有机光伏器件的研究现状、存在的问题
• 1.3 有机光伏器件原理、参数
• 1.3.1 原理
• 1.3.2 两类重要的光伏器件体系
• 1.3.3 器件结构
• 1.4 主要参数
• 1.5 我们研究的出发点
• 1.6 问题的提出：三组分有机光伏电池的设计
• 60的三组分活性层的有机光伏电池'>第二章 基于PPE、PVK 和C₆₀的三组分活性层的有机光伏电池
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料与药品
• 2.1.2 仪器
• 2.1.3 测试
• 2.1.4 光伏电池的制备
• 2.2 结果与讨论
• 60三组分活性层的有机光伏电池'>2.2.1 基于PPE/PVK/C₆₀三组分活性层的有机光伏电池
• 60三组分活性层有机光伏电池的性能'>2.2.2 基于PPE/PVK/C₆₀三组分活性层有机光伏电池的性能
• 60三组分活性层有机光伏电池的电压分析'>2.2.3 基于PPE/PVK/C₆₀三组分活性层有机光伏电池的电压分析
• 2.2.4 三组分活性层的微观形貌
• 2.3 小结
• 60的三组分活性层的有机光伏电池'>第三章 基于PPE、TPD、和C₆₀的三组分活性层的有机光伏电池
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料与药品
• 3.1.2 仪器
• 3.1.3 光伏电池的制备与测试
• 3.2 结果与讨论
• 60的三组分活性层有机光伏电池'>3.2.1 基于PPE/TPD/C₆₀的三组分活性层有机光伏电池
• 60三组分活性层有机光伏电池的性能'>3.2.2 基于PPE/TPD/C₆₀三组分活性层有机光伏电池的性能
• 60三组分活性层有机光伏电池的电压分析'>3.2.3 基于PPE/TPD/C₆₀三组分活性层有机光伏电池的电压分析
• 60三组分活性层的中光电转换过程'>3.2.4 对PPE/TPD/ C₆₀三组分活性层的中光电转换过程
• 3.2.5 本文三组分体系与文献已报道的三组分体系的对比研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于PPE、TPD、和SWNTS 的三组分活性层的有机光伏电池
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原料与药品
• 4.1.2 仪器
• 4.1.3 光伏电池的制备与测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 基于PPE/TPD/ SWNTs 的三组分活性层有机光伏电池
• 4.2.2 基于PPE/TPD/SWNTs 三组分活性层有机光伏电池的性能
• 4.2.3 基于PPE/TPD/ SWNTs 三组分活性层有机光伏电池的电压分析
• 4.2.4 对PPE/TPD/SWNTs 三组分活性层的中光电转换过程
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文结论及展望
• 5.1 全文结论
• 5.2 本工作的进一步展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢