PCPDTBT:ICBA体系及以ICBA为受体的三种聚合物太阳能电池的研究

摘要

有机聚合物太阳能电池一直是国际研究热点，与无机太阳能电池相比，它具有重量轻、能耗低、制备较简单、可制作柔性太阳能电池等特点。但是，对于研究最多的经典体系P3HT∶PCBM体系由于受到P3HT带隙较宽和PCBM的LUMO能级较低等因素的限制，效率一直无法突破。在本研究当中，笔者引入了低带隙材料PCPDTBT作为给体材料，这一材料带隙窄、光谱吸收宽。同时引入了ICBA作为受体材料（ICBA的LUMO能级比PCBM的LUMO能级高出了0.17ev），以寻求更高的效率。
　　本研究以PCPDTBT∶ICBA聚合物太阳能电池为基础研究，将其与P3HT∶ICBA体系和PDPP3T∶ICBA体系进行对比性研究，探讨了影响PCPDTBT∶ICBA体系太阳能效率的主要原因。具体工作内容能可分为以下两个部分:
　　一、PCPDTBT∶ICBA体系的基础性研究。研究发现，制备PCPDTBT∶ICBA体系正型器件的最佳厚度为70-80nm，PCPDTBT∶ICBA体系聚合物太阳能电池的反型器件要比正型器件表现出更好的光电效率，制作反型器件的最佳厚度为60nm左右，计算得出了在最优条件下的PCPDTBT∶ICBA体系的掺杂浓度为2.25*1016cm-3，P3HT∶ICBA体系的掺杂浓度为1.6*1016cm-3。通过退火和改变溶剂可以改变掺杂浓度的大小，掺杂浓度的变化也会造成开路电压和短路电流的变化，掺杂浓度增大，开路电压增大，短路电流减小，反之亦然。
　　二、以ICBA为受体的三种聚合物太阳能电池的研究。研究发现，PCPDTBT∶ICBA体系和P3HT∶ICBA体系以及PDPP3T∶ICBA体系之间的光电特性效率差距很大，并从外量子效率、载流子迁移率、激子分离效率等方面展开研究，发现载流子迁移率并不是导致其差距较大的主要原因，而激子分离效率的差距是导致三者光电效率差距较大的主要原因，激子分离效率的大小与给受体材料的LUMO能级差有关，△ELUMO能级差越小，其激子分离效率越小。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 有机太阳能电池的研究意义

1．2 有机太阳能电池的发展历程和研究现状

1．3 有机太阳能电池的工作原理

1．4 有机材料研究进展

1．4．1 电子给体材料

1．4．2 电子受体材料

1．4．3 电极材料

1．5 有机太阳能电池器件的性能参数

1．5．1 有机太阳能电池的等效电路

1．5．2 描述太阳能电池光电特性的参数

1．6 本研究主要工作内容

2 实验材料与仪器

2．1 实验材料

2．2 实验仪器

2．3 器件测试仪器

2．4 器件制作过程

2．4．1 溶液的配置

2．4．2 玻璃基片的处理

2．4．3 修饰层的旋涂

2．4．4 旋涂活性层

2．4．5 真空蒸镀

2．4．6 器件的测试

3 PCPDTBT：ICBA体系聚合物电池的光电性能研究

3．1 引言

3．2 PCPDTBT：ICBA体系太阳能电池器件的结构设计

3．3 器件制备工艺

3．4 实验结果及讨论

3．4．1 寻找最佳活性层厚度

3．4．2 PCPDTBT：ICBA体系反型太阳能器件

3．4．3 PCPDTBT：ICBA体系掺杂浓度的研究

3．4．4 器件退火对掺杂浓度的影响

3．4．5 溶剂对掺杂浓度的影响

3．5 本章小结

4 以ICBA为受体的三种聚合物太阳能电池

4．1 引言

4．2 实验材料和实验仪器

4．2．1 实验材料

4．2．2 器件制作过程

4．2．3 仪器设备

4．3 结果与讨论

4．3．1 实验结果

4．3．2 三种体系的电流电压特性

4．3．3 三种体系的吸收光谱

4．3．4 三种体系对应的外量子效率

4．4 激子产生效率和载流子迁移率的影响

4．5 激子分离效率的影响

4．6 结论

5 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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