本体异质结聚合物太阳能电池性能优化研究

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1、学校代号10530学号201106041408分类号O63密级公开硕士学位论文本体异质结聚合物太阳能电池性能优化研究学位申请人曹镇财指导老师谭松庭教授学院名称化学学院学科专业高分子化学与物理研究方向功能高分子二零一四年四月十日万方数据湘潭大学硕士论文TheperformanceoptimizationofbulkheterojunctionpolymersolarcellsCandidateZhencaiCaoSupervisorProf.SongtingTanCollegeCollegeofChemistryProgramPolymerChemistryandPhysics

2、SpecializationFunctionalPolymerDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateApril，2014万方数据湘潭大学硕士论文湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有

3、关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据湘潭大学硕士论文摘要近几年，越来越多的科研工作者投入到了聚合物太阳能电池的研究当中，设计合成了大量性能优异的聚合物给体材料，使聚合物太阳能电池的效率逐年提高。然而提高聚合物太阳能电池的效率是一项系统工程，需要化学、材料科学、物理学和工程学等方面的协同努力，不仅涉及到新

4、化合物的设计与合成，还包括薄膜形貌的控制和分析，器件工作原理的探索，新型器件结构的提出等。本文从器件活性层，空穴传输层和器件结构等方面着手，探索了优化器件性能的条件和原因，主要结果如下：(1)以PTG1为电子给体材料，制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/PTG1:PC60BM/LiF/Al的本体异质结聚合物太阳能电池器件，研究了不同含量的1,8-二碘辛烷加入到制备活性层的共混溶液中对器件性能的影响，并对性能最优的器件进一步进行o了退火条件的研究，发现添加1,8-二碘辛烷含量为1%，经150C退火20min的器件具有最优的性能，能量转换效率从4.65%提高到了5.42%。并

5、用原子力显微镜对活性层进行了研究，发现添加1%的1,8-二碘辛烷时，活性层具有合适尺寸的微相分离，两相界面清晰，有利于载流子的分离，而更多的1,8-二碘辛烷则使相界面变得模糊，不利于载流子的分离。(2)使用P3HT:PC60BM体系作为器件的光活性层，制备了空穴传输层为MoO3和PEDOT:PSS的聚合物太阳能电池器件，对两种结构的器件中空穴传输层厚度进行了优化，发现使用20nm的MoO3作为空穴传输层的器件具有较好的光伏性能，与使用PEDOT:PSS的器件相比，Rsh提高了20%，Rs降低了约10%，PCE从2.57%增加到了3.15%，FF从0.52提高到了0.63。同时

6、，实验发现，相比PEDOT:PSS，使用MoO3的器件还具有更好的稳定性，暴露在空气中50h后仍具备一定的光伏特性。将MoO3应用于其它几种材料的体系中，发现器件性能也有不同程度的提升，说明MoO3作为一种更优异的空穴传输材料替代PEDOT:PSS具有一定的推广价值。(3)制备了以聚合物PBDT-TID，P3HT为给体材料，PC60BM为受体材料，电子传输材料为TIPD的反向聚合物太阳能电池器件，获得了较常规正向器件高的光伏性能，基于PBDT-TID的反向器件得到了6.93%的能量转换效率，比正向结构5.10%的能量转换效率提高了近35%。实验发现反向器件短路电流大幅增加是P

7、CE增加的主要原因，文章从器件的IPCE光谱、器件内部光强分布和活性层的纵向相分离情况等方面阐述了短路电流增加的原因，同时还对器件的稳定性进行了研究。关键词：聚合物太阳能电池；本体异质结；反向结构；空穴传输层；优化I万方数据湘潭大学硕士论文AbstractInrecentyears,moreandmorescientistshavefocusedontheresearchofpolymersolarcells,agreatamountofpolymermaterialshavebeendesigneda