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先进有机聚合物太阳能电池的制备技术研究

作　者: 李贵芳
导　师: 秦大山
学　校: 河北工业大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚合物太阳能电池 共轭聚合物 薄膜形貌 三组分共混薄膜
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


近年来，聚合物太阳能电池(PSC)的能量转换效率已经从3%提高到9%以上。半导体聚合物太阳能电池能够使用溶液技术进行制备，其具有生产低成本太阳能电池的独特优势，原因在于其材料和工艺的优点。聚合物太阳能电池的潜在应用领域很宽，从柔性太阳能模块和半导体太阳能电池到建筑应用等等。本论文针对PSC的制备技术进行研究，对以下三个方面进行了探索：研究了在聚(3-己基噻吩):[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(P3HT:PC61BM)中加入4,4’-二(9-咔唑)联苯(CBP，一种在有机发光二极管中常用的空穴传输材料)制作成的三组分共混薄膜，发现使用P3HT:PC61BM:CBP共混薄膜制作的太阳能电池相对于使用P3HT:PC61BM制作的太阳能电池的能量转换效率(PCE)提高16.1%，短路电流提高25.1%。探索了N,N’-二苯基-N,N’-(1-萘基)-1,1’-联苯-4,4’-二胺(NPB)对P3HT:PC61BM共混薄的影响，发现NPB的加入促进了P3HT:PC61BM本体异质结的生长，电池性能提高，当NPB浓度达到0.4mg/mL，PCE从标准器件的1.05%改善至优化后的1.64%。发现了一种由低聚合度的聚[2,6-(4,4-双-(2-乙基己基)-4H-环戊[2,1-b;3,4-b’]双噻吩)-交替-4,7-(2,1,3-苯并噻二唑)](LDP-PCPDTBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PC61BM组成的三组分体系。研究了加入溶剂添加剂1,8-二溴辛烷(DBO)的作用，在未加入溶剂添加剂时，在PMMA中LDP-PCPDTBT和PC61BM分别处于无定形和结晶态；添加DBO促进了PC61BM的聚集和LDP-PCPDTBT的结晶，开路电压提高显著，对LDP-PCPDTBT和PC61BM的相分离起到优化作用，PCE提高近50%。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 引言  8-9
  1.2 有机光伏技术的发展  9-15
    1.2.1 本体异质结太阳能电池的发明  10
    1.2.2 理解和控制形貌  10-12
    1.2.3 新型材料的出现  12-14
    1.2.4 有机太阳能电池的工艺  14-15
  1.3 准备方法  15-16
  1.4 聚合物太阳能电池操作原理  16-17
  1.5 聚合物太阳能电池结构  17-20
    1.5.1 单层结构  18
    1.5.2 双层结构  18
    1.5.3 本体异质结结构  18
    1.5.4 叠层结构  18-20
  1.6 本论文的研究内容  20-22
第二章 有机太阳能电池器件的制备与测试  22-30
  2.1 实验仪器与药品  22-25
    2.1.1 实验仪器  22
    2.1.2 实验药品  22-25
  2.2 器件的制备过程  25-26
  2.3 器件的性能参数  26-30
    2.3.1 开路电压  26-27
    2.3.2 短路电流  27-28
    2.3.3 光电转换效率  28
    2.3.4 填充因子  28-30
第三章 一种增强型三组分本体异质结太阳能电池  30-36
  3.1 引言  30
  3.2 实验部分  30-31
  3.3 结果与讨论  31-35
    3.3.1 太阳能电池特性描述  31-32
    3.3.2 共混薄膜的光学和形貌特征  32-34
    3.3.3 共混薄膜的电荷传输  34-35
    3.3.4 从热力学角度分析加入CBP提高P3HT与PCBM之间的相分离  35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 加入NPB提高聚合物太阳能电池的光伏性能  36-42
  4.1 引言  36
  4.2 实验部分  36-37
  4.3 结果与讨论  37-41
    4.3.1 器件光伏性能  37-38
    4.3.2 P3HT:PCBM共混薄膜光学和结构性质  38-39
    4.3.3 共混薄膜微观形貌和电学性能  39-41
    4.3.4 NPB的作用  41
  4.4 本章小结  41-42
第五章 低成本低聚合度结晶共聚物基太阳能电池  42-52
  5.1 引言  42-43
  5.2 实验部分  43
  5.3 结果与讨论  43-51
    5.3.1 三组分共混薄膜的性能和形态  43-46
    5.3.2 DBO对PC61BM和LDP-PCPDTBT形貌和传导性能的影响  46-48
    5.3.3 DBO溶剂处理的三组分共混薄膜  48-51
  5.4 本章小结  51-52
第六章 结论  52-54
参考文献  54-62
攻读学位期间所取得的相关科研成果  62-64
致谢  64

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学 > 高聚物的化学性质
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