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透明导电膜与活性层界面特性对PSCs性能影响的研究

作　者: 郝志红
导　师: 郝秋艳
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 聚合物有机电池 PEDOT:PSS 电导率 P3HT:PCBM 透明导电膜 界面特性 反型结构
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要


太阳能在地球上分布广泛，且取之不尽、用之不竭，是一种真正意义上的绿色能源。与传统太阳能电池相比，聚合物太阳能电池（PSCs）具有成本低廉、质量较轻、易于大面积制备，以及可制成柔性器件等优点而成为近年来最热门的研究领域之一。本文主要针对不同的透明导电膜与活性层的界面特性来研究其对聚合物太阳能电池性能的影响。基于ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al这一聚合物体系，在PEDOT:PSS中掺杂极性有机溶剂二甲基甲亚砜（DMSO）和高沸点有机溶剂乙二醇后，发现PEDOT:PSS薄膜的电导率明显提高。当乙二醇和DMSO的掺杂浓度都达到10wt%时，薄膜的电导率分别比未掺杂时提高了2个和3个数量级。将其应用于聚合物太阳能电池中，使掺杂DMSO的器件的短路电流密度从8.04 mA/cm2提高到11.05 mA/cm2，器件效率为4.45%。针对不同的透明导电膜（TCO）的体系，研究TCO与活性层界面特性对聚合物太阳能电池性能的影响。实验发现，TCO高透过率，表面平滑，与活性层能形成良好的欧姆接触的有利于提高器件的性能。其中以FTO的为衬底的电池的Voc为0.62 V，Jsc为9.02 mA/cm2，FF为63%，器件效率为3.51%。在电极与活性层之间加入金属氧化物WO3，使界面处形成真空偶极层，提高了器件的内建电场从而提高了电池的开路电压。本文又研究了TCO做阴极时界面特性对反型聚合物太阳能电池性能的影响。以ITO和FTO两种透明导电膜为例，针对不同的缓冲层与活性层之间的界面特性研究电池的性能变化，发现加入ZnO和TiO2都能有效地阻止空穴、利于电子在阴极的收集。其中以FTO/TiO2/P3HT:PCBM/Ag和ITO/ZnO/P3HT:PCBM/Ag的体系，电极与修饰层能够合理匹配。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 有机太阳能电池基本原理  9-10
  1.3 有机太阳能电池的主要器件结构  10-12
    1.3.1 单层结构  11
    1.3.2 双层结构  11-12
    1.3.3 体异质结结构  12
    1.3.4 叠层结构  12
  1.4 有机太阳能电池的基本材料  12-16
    1.4.1 活性层材料  13-15
    1.4.2 电极材料  15-16
  1.5 本论文的主要工作  16-17
第二章 测试方法及实验设备  17-25
  2.1 材料性能的测试  17-21
    2.1.1 薄膜吸收光谱测试  17
    2.1.2 薄膜透过率测试  17-18
    2.1.3 薄膜电学特性测试  18-19
    2.1.4 薄膜厚度测量  19-20
    2.1.5 薄膜结构的表征  20-21
  2.2 有机太阳能电池的伏安特性曲线及等效电路  21-24
  2.3 实验设备  24-25
第三章 掺杂对PEDOT:PSS 薄膜电导率及聚合物太阳电池性能影响的研究  25-35
  3.1 掺杂对PEDOT:PSS 薄膜电导率的影响  25-28
    3.1.1 测试样品的制备  25-26
    3.1.2 掺杂对PEDOT:PSS 薄膜电导率的影响  26-28
  3.2 掺杂的PEDOT:PSS 薄膜对聚合物太阳能电池性能的影响  28-34
    3.2.1 电池样品的制备  28-29
    3.2.2 掺杂乙二醇对聚合物太阳能电池性能的影响  29-31
    3.2.3 掺杂DMSO 对聚合物太阳能电池性能的影响  31-34
  3.3 小结  34-35
第四章 不同透明导电膜以及界面特性的研究  35-45
  4.1 不同透明导电膜对电池性能的影响  35-37
  4.2 透明导电膜(TCO)的研究  37-41
    4.2.1 TCO 表面形貌的研究  37-38
    4.2.2 缓冲层对活性层表面形貌的影响  38-40
    4.2.3 TCO 对暗态J-V 特性曲线的影响  40-41
  4.3 金属氧化物界面修饰的研究  41-44
    4.3.1 金属氧化物界面修饰的主要作用  41-42
    4.3.2 器件的制备  42-43
    4.3.3 以WO_3 为修饰层的J-V 特性曲线  43-44
  4.4 小结  44-45
第五章 反型结构聚合物太阳能电池的研究  45-58
  5.1 反型结构太阳能电池的研究现状  45
  5.2 TiO_2 在反型结构中的研究  45-52
    5.2.1 器件的制备  46-47
    5.2.2 反型器件的J-V 特性曲线  47-48
    5.2.3 不同的TCO 对TiO_2 反型结构电池性能的影响  48-52
  5.3 ZnO 在反型结构太阳能电池中的研究  52-56
    5.3.1 反型结构器件的制备  52
    5.3.2 器件的J-V 特性曲线  52-53
    5.3.3 不同TCO 对ZnO 反型结构电池性能的影响  53-56
  5.4 小结  56-58
第六章 结论  58-59
参考文献  59-65
攻读学位期间所取得的相关科研成果  65-66
致谢  66

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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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