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共轭聚电解质及氧化钼作为电极修饰层对聚合物太阳电池性能的影响

2020-12-11阅读(252)

共轭聚电解质及氧化钼作为电极修饰层对聚合物太阳电池性能的影响

论文摘要

本论文的工作主要研究聚合物太阳电池的界面调控问题。在分析聚合物太阳电池电极修饰层的作用以及回顾聚合物太阳电池电极修饰材料研究进展的基础上,系统研究了不同的阴、阳极修饰层（共轭聚电解质,氧化钼MoO3）对聚合物太阳电池性能尤其是开路电压的影响;系统分析了开路电压的影响因素,并提出了提高聚合物太阳电池开路电压的新的方法;在此基础上,将阴、阳极修饰层组成的中间电极成功地应用于叠层聚合物太阳电池,为聚合物太阳电池性能的进一步提高打下了坚实基础。共轭聚电解质被广泛地应用于聚合物电致发光器件（polymer light emitting diodes, PLED）,但其在聚合物太阳电池中的应用比较少见。我们将共轭聚电解质作为阴极修饰层,成功地应用于聚合物太阳电池。发现通过选择带合适的极性基团的共轭聚电解质,优化其厚度,能够有效地提高聚合物太阳电池的短路电流及填充因子,改善其性能。更重要的是,某些材料体系器件的开路电压（例如PFO-DBT35）由于共轭聚电解质层的引入得到了大幅提升。在分析共轭聚电解质层在聚合物太阳电池器件中的作用,并详细分析各组器件暗电流差别的基础上,我们用经典p-n结的肖克莱方程阐述了开路电压提高的原因。MoO3是一个良好的阳极修饰层。文献中很多关于它对聚合物太阳电池短路电流、填充因子及整体性能的影响,却很少见到关于它对提高聚合物太阳电池器件开路电压的研究。MoO3应用于P3HT、MEH-PPV、PFO-DBT35器件,发现对于具有更低HOMO能级的PFOD-BT35器件,其开路电压大幅提升。在综合分析其他一些实验结果的基础上,我们认为PFOD-BT35器件开路电压的提升并不是来自于阳极更好的欧姆接触,而可能是因为MoO3的引入使得PFOD-BT35器件活性层中给体与受体在垂直方向上的产生了梯度分布,从而阴极处的PCBM有效的保护了活性层,防止了Al对PFOD-BT35的破坏而引起的能带弯曲。在上述阴、阳极修饰工作的基础上,提出了PFN/Al/MoO3（PFN为一种共轭聚电解质）的三层结构中间电极,应用于叠层聚合物太阳电池。该中间电极加工相对简单,稳定性好,且具有良好的光、电学性能。通过选用窄带隙材料PBDT-DTNT器件作为上层子电池,得到了高达1.65V的开路电压,并成功使得叠层器件的效率超过了3%,填充因子超过了50%。我们认为,若选择更加合适的上层子电池给体材料,叠层聚合物太阳电池的效率将会有更大幅度的提升。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 聚合物太阳电池活性层与电极接触的理论分析模型
  • 1.3 电极修饰层的作用
  • 1.3.1 降低电极与活性层之间接触势垒，使之形成良好欧姆接触
  • 1.3.2 有效保护活性层，使之免受金属电极损坏
  • 1.3.3 作为单载流子传输层
  • 1.3.4 决定电极的正负极性
  • 1.3.5 作为光学调制层（optical spacer），调节光强在器件里的分布
  • 1.3.6 改变衬底表面性质，调节活性层形貌
  • 1.4 电极修饰材料研究进展
  • 1.4.1 阴极修饰层
  • 1.4.2 阳极修饰层
  • 1.5 本论文的研究目的和意义
  • 第二章 聚合物太阳电池工作原理及其制备测试
  • 2.1 聚合物太阳电池的工作原理
  • 2.1.1 聚合物太阳电池的基本原理
  • 2.1.2 聚合物太阳电池中的能量损耗机理
  • 2.1.3 聚合物太阳电池的等效电路
  • 2.1.4 聚合物太阳电池的性能参数
  • 2.2 聚合物太阳电池的制备
  • 2.2.1 实验依据
  • 2.2.2 所需仪器设备
  • 2.2.3 器件制备流程
  • 2.3 聚合物活性层薄膜的性能测试
  • 2.3.1 薄膜的紫外-可见光吸收光谱测试
  • 2.3.2 薄膜的光致发光光谱测试
  • 2.4 聚合物太阳电池的性能测试
  • 2.4.1 聚合物太阳电池测试设备及仪器
  • 2.4.2 聚合物太阳电池I-V 曲线的测试
  • 2.4.3 聚合物太阳电池光电灵敏度的测定
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 醇（水）溶性共轭聚电解质作为聚合物太阳电池阴极修饰层
  • 3.1 引言
  • 3.2 共轭聚电解质作为阴极修饰层对聚合物太阳电池性能的影响
  • 3.2.1 对PFO-DBT35 聚合物太阳电池性能的影响
  • 3.2.2 对P3HT 聚合物太阳电池性能的影响
  • 3.2.3 对MEH-PPV 聚合物太阳电池性能的影响
  • 3.3 共轭聚电解质所起作用及PFO-DBT35 器件Voc 提高原因分析
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 氧化钼作为聚合物太阳电池的阳极修饰层
  • 4.1 引言
  • 3 作为阳极修饰层对 P3HT、MEH-PPV、PFO-DBT35 器件性能的影响'>4.2 MoO3 作为阳极修饰层对 P3HT、MEH-PPV、PFO-DBT35 器件性能的影响
  • 3 的PLASMA 处理及不同的MoO3 厚度及对PFO-DBT35 器件性能的影响'>4.3 MoO3 的PLASMA 处理及不同的MoO3 厚度及对PFO-DBT35 器件性能的影响
  • 3 的PLASMA 处理对PFO-DBT35 器件性能的影响'>4.3.1 MoO3 的PLASMA 处理对PFO-DBT35 器件性能的影响
  • 3 厚度对PFO-DBT35 器件性能的影响'>4.3.2 不同的MoO3 厚度对PFO-DBT35 器件性能的影响
  • 3 为阳极修饰层的PFO-DBT35 器件性能的影响'>4.4 不同的阴极金属对以MoO3 为阳极修饰层的PFO-DBT35 器件性能的影响
  • 4.4.1 以共轭聚电解质为阴极修饰层
  • 4.4.2 金属电极对器件PFO-DBT35 器件性能的影响
  • 3 为阳极修饰层的PFO-DBT35 器件开路电压提升原因的简单分析'>4.5 关于以MoO3 为阳极修饰层的PFO-DBT35 器件开路电压提升原因的简单分析
  • 4.6 本章小结
  • 3'>第五章 一种新型的聚合太阳电池中间电极PFN/Al/MoO3
  • 5.1 引言
  • 3 中间电极的制备及其光学特性'>5.2 PFN/Al/MoO3中间电极的制备及其光学特性
  • 3 中间电极的初步应用'>5.3 PFN/Al/MoO3中间电极的初步应用
  • 3 为中间电极的叠层聚合物太阳电池性能的优化'>5.4 以PFN/Al/MoO3为中间电极的叠层聚合物太阳电池性能的优化
  • 5.4.1 PBDT-DTNT 的基本性能
  • 5.4.2 以PSiF-DBT 作为下层子电池给体材料
  • 5.4.3 以P3HT 作为下层子电池给体材料
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间取得的研究成果
  • 致谢
  • 附件

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