基于改性PEDOT：PSS阳极修饰层的聚合物太阳能电池的研究

摘要

近年来研究显示，聚合物太阳电池依靠其成本低、比重小、易加工、可柔性等众多优势，成为了国内外研究的热点。经过多年努力，有机聚合物太阳能电池在给受体材料、电池结构及界面设计等方面都获得了长足进步，而且其实验室光电转换效率已经达到了10％左右。但是，有机聚合物太阳能电池的器件稳定性一直没有被很好解决，电池寿命低使其一直难以产业化。影响聚合物太阳能电池稳定性的原因有空穴传输层PEDOT∶PSS对透明电极的腐蚀、PEDOT∶PSS的吸水易降解、低功函电子注入层容易被氧化、给受体有机材料自身光照下衰减等等。本研究工作针对目前有机聚合物太阳能电池所面临的问题，选择合适的富磺酸根有机材料替代或掺杂改性PEDOT∶PSS阳极修饰层，大大提高了聚合物太阳能器件的寿命和效率。
　　PEDOT∶PSS是一种聚合物太阳能电池常用的空穴传输材料。但是，PEDOT∶PSS具有很强的酸性和吸水性，会直接影响电池器件的稳定性。因此，本研究提出了采用采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)、全氟磺酸(Nafion)等富磺酸根有机物对PEDOT∶PSS进行替代或掺杂改性处理以改善聚合物太阳能电池性能的一系列方法。
　　采用磺化聚醚醚酮(SPEEK)、全氟磺酸(Nafion)作为聚合物太阳能电池的阳极修饰层，器件结构采取标准的P3HT给体、PC60BM受体结构，制备出了良好性能的有机聚合物太阳能电池。相比于采用PEDOT∶PSS为空穴传输层的器件，虽然器件效率有所降低，但是器件的稳定性都得到了一定改善。在AM1.5G1000W/m2标准光强下，SPEEK和Nafion，在基于P3HT给体、PC60BM受体体系的聚合太阳能电池下分别获得了3.64％和4.01％的光电转换效率。另外，Nafion在基于P3HT给体、PC60BM受体的反向结构聚合物太阳能电池中也取得良好效果，得到3.70％的光电转化效率。
　　采用Nafion对PEDOT∶PSS进行掺杂改性处理，同样采用标准P3HT给体、PC60BM受体器件结构，制备出了不仅具备良好器件稳定性，而且同时具备更高光电转换效率的聚合物抬眼更电池。通过Nafion改性掺杂处理后，Nafion改性膜呈现了明显的纳米级相分离，使基于P3HT给体、PC60BM受体结构的太阳能电池在AM1.5G1000W/m2标准光强下，光电转换效率达到4.63％，相比于未改性处理的器件效率提升14％。同时，Nafion在膜内的形成的稳定骨架结构，使得电池器件的稳定性也得到大幅改善。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 光伏电池行业发展历史

1．3 有机聚合物太阳能电池发展历史

1．4 有机聚合物太阳电池的结构及原理

1．4．1 有机聚合物太阳能电池结构

1．4．2 有机聚合物太阳能电池工作原理

1．5 有机聚合物太阳电池的基本性能参数

1．6 有机聚合物太阳能电池主要材料

1．6．1 给体材料

1．6．2 受体材料

1．6．3 阳极修饰层材料

1，6．4 阴极修饰层材料

1．7 论文的选题原因及研究内容

第2章 有机聚合物太阳能电池的制备及表征

2．1 引言

2．2 有机聚合物光伏电池材料选取及器件制备

2．3 有机聚合物太阳能电池相关性能表征

2．3．1 光伏电池器件的性能测试

2．3．2 电池各功能膜层的表面形貌表征

2．3．3 吸收和反射光谱的测量

2．3．4 光电子能谱(UPS)分析

2．4 本章小结

第3章 富磺酸质子交换膜材料作为阳极修饰层的有机聚合物太阳能电池

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 电池器件制备

3．2．3 仪器测试和表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 聚合物太阳电池结构的设计

3．3．2 聚合物电池器件性能

3．3．3 SPEEK 的基团分布分析

3．3．4 Nafion的光学性能和空穴传输性能

3．4 本章小结

第4章 通过对空穴传输材料PEDOT：PSS进行Na行on掺杂改性处理以提高聚合物太阳能电池的性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 电池器件制备

4．2．3 仪器测试和表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 Nafion改性膜电导率

4．3．2 Nafion改性膜对应电池器件反射率

4．3．3 Nafion改性膜表面形貌

4．3．4 Nafion改性有机太阳能电池器件性能

4．3．5 Nafion改性有机太阳能电池寿命

4．4 机理分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位器件发表的学术论文及其它成果

致谢