添加剂对聚合物太阳能电池性能影响的研究

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本文通过在制备聚合物太阳能电池的功能层溶液中添加少量高沸点的溶剂添加剂,使功能层薄膜给/受体材料之间形成更好的互穿网络结构,改善功能层薄膜的形貌,减少给/受体界面的陷阱和器件中由陷阱诱导的载流子复合,进而提高载流子的迁移率,最终提高器件的光伏性能。研究工作分为三个部分:(1)在P3HT:ICBA功能层溶液中分别添加体积比为3%的4-bromoanisole(BrAni)溶液和3%的1-chloronaphthalene(CN)溶液,分析不同的添加剂对P3HT:ICBA聚合物太阳能电池性能的影响。(2)在PCDTBT:PCBM功能层溶液中添加体积比为1.5%、3%、4.5%的1,8-diiodooctane(DIO)溶液,并分析功能层溶液中添加不同体积比的DIO溶液对PCDTBT:PCBM聚合物光伏器件性能的影响。(3)为了更加直观的说明添加剂对聚合物太阳能电池性能的影响,我们分别对上述功能层薄膜或者光伏器件进行了紫外可见-吸收光谱(UV-VIS absorption spectra)、外量子效率(EQE)、表面形貌(AFM)、理想因子(Ideality Factor)、瞬态光电流(TPC)等多种测试和表征。得出如下实验结论:  (1)在P3HT:ICBA体异质结聚合物太阳能电池的功能层溶液中添加体积比为3% BrAni溶液和3%CN溶液,通过测试器件的J-V特性,我们发现这两种添加剂都能够改善器件的光伏性能,功能层溶液中添加了3% BrAni溶液和3% CN溶液的器件的光电转换效率分别提高了10%和30%。  (2)在PCDTBT:PCBM体异质结聚合物太阳能电池的功能层溶液中分别添加体积比为1.5%、3%、4.5%的DIO溶液,通过测试器件的J-V特性,我们发现当功能层溶液中添加3% DIO溶液时,器件的光伏性能达到最优。  (3)通过测试功能层薄膜的吸收光谱,表面形貌和器件的外量子效率、理想因子、瞬态光电流,我们认为少量的添加剂能够改善功能层薄膜的形貌,减少功能层薄膜给/受体界面的陷阱和器件中由陷阱诱导的载流子复合,提高载流子迁移率,进而改善器件的光伏性能。  本文主要研究了溶剂添加剂对体异质结聚合物太阳能电池性能的影响,我们从不同的添加剂和同种添加剂的不同添加体积比两方面做了实验分析,最终得出了添加剂在聚合物太阳能电池中的具体作用过程及机理。
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