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聚合物太阳能电池缓冲层制备及电池性能的优化

作　者: 王声函
导　师: 林红
学　校: 清华大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚合物太阳能电池石墨烯氧化物二氧化钛纳米阵列缓冲层电化学阻抗谱分析
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

聚合物太阳能电池具有成本低廉，能使用工业化的卷对卷生产技术等优点，正成为目前第三代太阳能电池研究方向的热点。而其中的缓冲层材料对获得高效率的太阳能电池十分重要。本文在实验室之前的研究基础上，优化了在空气中制备聚合物太阳能电池的工艺流程，并合成了一系列缓冲层材料，用于传统结构和反转结构的聚合物太阳能电池。合成了石墨烯氧化物、石墨烯氧化物/CoNi2S4复合材料、以及NiO薄膜作为空穴传输层材料。合成了TiO₂纳米棒阵列作为电子传输层材料。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱分析法（Raman）对上述样品进行了分析表征。在空气中，研究了热处理退火、溶剂退火处理、小分子添加剂等对以P3HT和PCBM作为活性层的传统结构聚合物太阳能电池的影响。经过优化，在空气中制作的传统结构聚合物太阳能电池效率达到了2.55%。同时对石墨烯氧化物和NiO薄膜作为传统结构聚合物太阳能电池空穴传输层进行了研究。对为反转结构的聚合物太阳电池进行了优化，获得了1.77%的效率。使用TiO₂薄膜/TiO₂纳米棒阵列复合新结构的电池性能优于同样厚度的TiO₂薄膜反转结构的电池，这种新结构优化后则获得了1.78%的效率。通过电化学阻抗谱的分析，解释了缓冲层厚度、复合结构及相关工艺参数对电池性能的影响。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
主要符号对照表  8-9
第1章引言  9-20
  1.1 聚合物太阳能电池的发展历史  10-11
  1.2 聚合物太阳能电池的结构、原理及表征  11-12
  1.3 聚合物太阳能电池的性能优化研究  12-17
    1.3.1 材料优化研究  12-15
    1.3.2 对活性层形貌的研究  15-16
    1.3.3 缓冲材料的研究  16-17
  1.4 反转结构聚合物太阳能电池  17-18
  1.5 电化学阻抗谱的应用  18
  1.6 本论文主要工作及意义  18-20
第2章缓冲层材料的制备及研究  20-31
  2.1 引言  20-21
  2.2 实验部分  21-23
    2.2.1 主要原料及试剂  21
    2.2.2 原料的处理方法  21
    2.2.3 实验仪器  21
    2.2.4 缓冲层材料的制备  21-23
    2.2.5 样品的表征与测试  23
  2.3 结果与讨论  23-30
    2.3.1 GO 的制备  23-24
    2.3.2 GO 和 CoNi2S4复合材料的制备  24-26
    2.3.3 NiO 薄膜的制备  26-27
    2.3.4 TiO_2薄膜的制备  27-28
    2.3.5 TiO_2纳米棒阵列的制备  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章传统结构聚合物能太阳能电池的优化  31-46
  3.1 引言  31-32
  3.2 实验部分  32-35
    3.2.1 主要原料及试剂  32
    3.2.2 原料的处理方法  32
    3.2.3 实验仪器  32
    3.2.4 实验内容  32-35
    3.2.5 样品表征与测试  35
  3.3 结果与讨论  35-45
    3.3.1 传统结构聚合物太阳能电池的制备  35-36
    3.3.2 热处理退火对有机太阳能电池的影响  36-37
    3.3.3 溶剂退火对有机太阳能电池的影响  37-38
    3.3.4 小分子添加剂对有机太阳能电池的影响  38-41
    3.3.5 高效率传统有机太阳能电池  41
    3.3.6 石墨烯氧化物做空穴传导层  41-43
    3.3.7 NiO 做空穴传输层  43-45
  3.4 本章小结  45-46
第4章反转结构聚合物太阳能电池的的优化  46-57
  4.1 引言  46-47
  4.2 实验部分  47-49
    4.2.1 主要原料及试剂  47
    4.2.2 原料的处理方法  47
    4.2.3 实验仪器  47-48
    4.2.4 实验内容  48-49
    4.2.5 样品的表征与测试  49
  4.3 结果与讨论  49-55
    4.3.1 GO 和 d-GO 在反转结构电池的运用  49-50
    4.3.2 TiO_2纳米棒阵列在反转结构电池中的应用  50-51
    4.3.3 TiO_2薄膜/TiO_2纳米棒阵列复合结构在反转结构电池的应用  51-54
    4.3.4 TiO_2薄膜/TiO_2纳米棒阵列复合结构的优化  54-55
    4.3.5 聚合物太阳能稳定性的研究  55
  4.4 本章小结  55-57
第5章电化学阻抗分析 49 5.1 引言  57-65
  5.1 引言  57-59
  5.2 实验部分  59-60
    5.2.1 主要原料及试剂  59
    5.2.2 原料的处理方法  59
    5.2.3 实验仪器  59-60
    5.2.4 实验内容  60
  5.3 结果与讨论  60-64
    5.3.1 小分子添加剂的电化学阻抗谱分析  60-61
    5.3.2 不同厚度的 NiO 作为空穴传导层的电化学阻抗谱分析  61-62
    5.3.3 不同厚度的 GO 作为空穴传导层的电化学阻抗谱分析  62-63
    5.3.4 TiO_2薄膜和 TiO_2薄膜/TiO_2纳米阵列复合结构的电池的电化学阻抗谱分析  63-64
  5.4 本章小结  64-65
第6章结论  65-66
参考文献  66-73
致谢  73-75
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  75

聚合物太阳能电池缓冲层制备及电池性能的优化

内容摘要

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