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有机添加剂对噻吩类聚合物光活化层形貌及光伏性能影响的研究

作　者: 倪南
导　师: 韦玮
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学工程
关键词: 聚合物太阳能电池 添加剂 1,8-二碘辛烷 相分离
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


与传统的无机太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有易于设计、成本低、质量轻、可大面积加工制造等优点，近年来备受关注。本文主要是围绕聚合物太阳能电池材料的合成、器件光活化层的吸收光谱及其形貌结构进行了研究。首先，本文以苯并[1,2-b:4,5-b’]二噻吩（BDT）为给体单元，以4,7-二噻吩-2-基-2-1,1,3-苯并噻二唑（DTBT）为受体单元合成了一种新型共轭聚合物PBDTC10DBT。通过对该聚合物性能的初步表征，了解到PBDTC10DBT有很好的电化学性能。主要表现在聚合物的带隙较窄约为1.69eV，HOMO能级较深约为-5.20eV。其次，本文系统的研究了PC61BM不同的组分比不同对器件性能的影响，得出了当PBDTC10DBT:PC61BM=1:2时，器件的性能达到最佳。此时，器件的Voc=0.658V，Jsc=4.61mA/cm2，PCE=1.57%。最后，本文选用三种有机溶剂（1,8-辛二硫醇、1,8-二碘辛烷、1,8-二溴辛烷）作为添加剂，研究了不同添加剂及同种添加剂不同的添加量对器件光活化层形貌、吸收光谱及器件性能的影响。研究发现微量的添加剂能够提升基于PBDTC10DBT/PC61BM的光伏器件的性能。通过运用原子力显微镜（AFM）和扫描电镜（SEM）我们发现添加剂能够改善器件光活化层的形貌，能够很好地控制相分离，在组分之间形成一种网络互传结构，这将大大地提高器件的短路电流。同时，研究也发现在三种添加剂中，1,8-二碘辛烷的表现最佳。通过向光活化层中加入3%的1,8-二碘辛烷可以使器件的短路电流由4.61mA/cm2提升至6.02mA/cm2，器件的光电转换效率由1.57%提升到了2.23%。通过该课题的研究，对器件的制作工艺方面进行了探索，也为高效光伏器件的形貌控制和微观相分离提供了借鉴。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-20
  1.1 引言  8-10
  1.2 有机太阳能电池  10-12
    1.2.1 染料敏化太阳能电池  11
    1.2.2 有机小分子太阳能电池  11-12
  1.3 聚合物太阳能电池的研究进展和研究成果  12-18
    1.3.1 聚合物太阳能电池材料的研究  12
    1.3.2 聚合物太阳能电池器件结构的优化  12-14
    1.3.3 聚合物太阳能电池器件的工艺处理  14-18
  1.4 本论文的研究内容与实际意义  18-20
第二章 聚合物太阳能电池的研究  20-30
  2.1 聚合物太阳能电池的基本原理  20-22
  2.2 太阳能电池的等效电路图  22-23
  2.3 描述聚合物太阳能电池的性能参数  23-24
  2.4 聚合物太阳能电池的加工技术  24-26
    2.4.1 图层和印刷技术  24-26
    2.4.2 卷对卷技术  26
  2.5 太阳能电池测试系统  26-29
    2.5.1 太阳能电池I-V测试系统  26-27
    2.5.2 太阳光模拟器及大气质量AM  27-29
  2.6 本章小结  29-30
第三章 新型聚合物PBDTC_(10)DBT的制备及表征  30-36
  3.1 引言  30
  3.2 新型聚合物PBDTC_(10)DBT的合成  30-33
  3.3 新型聚合物PBDTC_(10)DBT的性能表征  33-35
    3.3.1 PBDTC_(10)DBT的光吸收性能  33-34
    3.3.2 PBDTC_(10)DBT的电化学性能  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 基于PBDTC_(10)DBT/PC_(61)BM聚合物太阳能电池光伏性能的研究  36-41
  4.1 引言  36
  4.2 实验部分  36-38
    4.2.1 器件的制备  36-38
    4.2.2 器件的表征  38
  4.3 结果与讨论  38-40
  4.4 本章小结  40-41
第五章 添加剂对基于PBDTC_(10)DBT:PC_(61)BM光伏器件性能的影响  41-54
  5.1 引言  41
  5.2 实验部分  41-43
    5.2.1 溶液的配制  41-42
    5.2.2 器件的制作  42
    5.2.3 器件性能的表征  42-43
  5.3 结果与讨论  43-53
    5.3.1 添加剂对光活化层光吸收的影响  43-45
    5.3.2 添加剂对光活化层形貌的影响  45-50
    5.3.3 添加剂对器件性能的影响  50-53
  5.4 本章小结  53-54
第六章 总结与展望  54-56
参考文献  56-61
附录一 攻读硕士学位期间研究成果  61-62
附录二 攻读硕士学位期间参加的科研项目  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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