新型共轭聚合物太阳能电池器件的制备与特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luo2kai3
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聚合物太阳能电池具有结构简单、重量轻、制备成本低和可柔性制备等优越性,近年受到学界与相关产业界的广泛关注。本文从聚合物太阳能电池的光电性能和稳定性两方面展开研究,主要研究内容如下:  首先,研究了阴极中引入 Ca对器件光电性能的影响。阴极中引入 Ca的以P3HT为电子给体的器件的能量转换效率提高了3倍;MEH-PPV器件能量转换效率从0.79%提高到0.98%。由于 Ca的引入,活性层与电极接触电阻减小,使短路电流增加,且器件的开路电压也增大,使得器件的效率提高。研究了后处理对器件光电性能的影响,以P3HT为电子给体的器件经过后处理后的能量转换效率与未经后处理的器件相比有大幅度提高,分析认为经过后处理,活性层内部形貌得到改善,载流子迁移率提高,串联电阻降低,有助于短路电流的提高;MEH-PPV为电子给体的器件(阴极为Al),经过后处理的器件能量转换效率与未进行后处理的器件差别不大;阴极为Ca/Al,经过后处理器件能量转换效率略有提高。最后,对器件的活性层厚度进行优化。制备了以MEH-PPV:PCBM、PT1:PCBM和PT2:PCBM为活性层的电池器件,得到最优化的活性层膜厚,器件能量转换效率分别为1.20%,3.67%和3.34%,分析认为活性层的膜厚影响器件对光子的吸收,但由于载流子迁移率低,限制了膜厚的增加,所以每一种共轭聚合物太阳能电池的活性层最优化厚度不同。  其次,研究了位阻胺类材料 TMP和Br-Phcoo-TMP对器件稳定性的影响,活性层(MEH-PPV:PCBM)在UV照射1h后蒸镀电极,未掺杂 TMP的器件能量转换效率下降了46%,而掺杂 TMP的器件能量转换效率下降了55%;活性层在UV下照射5min,能量转换效率下降了71%,而掺杂了抗氧化剂的器件能量转换效率则只下降了45%和46%,说明起到了抗氧化效果;器件在干燥器中放置22h,未掺杂抗氧化剂的器件效率下降了97%,而掺杂 TMP器件和Br-phcoo-TMP的器件下降得低一些,分别为63%和81%;在器件在空气中放置2h,因为空气中水对电极界面的影响,所有器件的能量转换效率下降的非常严重,降幅达到97-98%。结果表明,位阻胺类材料对器件免受氧的影响有一定效果,有利于提高器件的稳定性。  再次,制备了5种有机小分子本体异质结太阳能电池,器件的能量转换效率最高值为0.025%,短路电流密度0.14mA/cm2,开路电压为0.70V。效率低的原因是短路电流过小:此类材料的带隙较宽,吸光性能差,其吸收峰在紫光范围内;材料的载流子迁移率低,使材料器件短路电流低。制备了两种共聚物(PTSi-DHTBT和PTSi-DHTBBT)本体异质结太阳能电池,通过材料选择,溶液配比优化,溶液溶解条件优化,最终得到了器件(结构ITO/PEDOT:PSS/PTSi-DHTBT:PCBM/Ca/Al)的能量转换效率为0.70%,此共聚物带隙窄但短路电流却低的原因是电子给体和电子受体的互溶性差,且其载流子的迁移率较低。
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