聚合物有机太阳能电池器件的

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1、河 北 大 学硕 士 学 位 论 文聚 合 物 有 机 太 阳 能 电 池 器 件 的姓 名 ： 李 占 峰申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 原 子 与 分 子 物 理指 导 教 师 ： 杨 少 鹏 ； 李 光2011-05摘 要摘 要聚 合 物 太 阳 能 电 池 具 有 制 造 工 艺 简 单 、 成 本 低 、 可 卷 曲 、 安 全 性 高 、 能 大 面 积 制 备等 优 点 ， 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 ， 越 来 越 受 到 人 们 的 广 泛 关 注 。 本 文 主 要 对 聚 合 物 太 阳 能电 池 的 发 展 历 史 、 发 展 现 状 及 存 在

2、的 问 题 进 行 了 探 讨 ， 介 绍 了 聚 合 物 太 阳 能 电 池 的 相 关知 识 。为 了 获 得 较 高 的 能 量 转 换 效 率 ， 本 文 研 究 了 退 火 温 度 对 聚 合 物 太 阳 能 电 池 器 件 的 影响 ， 并 在 退 火 的 基 础 上 ， 在 太 阳 能 电 池 的 活 性 层 和 阴 极 之 间 加 入 一 薄 层 ZnO 作为空穴阻 挡 层 。 通 过 实 验 ， 我 们 得 到 ： 退 火 温 度 直 接 影 响 聚 合 物 太 阳 能 电 池 的 能 量 转 换 效 率 ，用 P3HT:PCBM 作 为 聚 合 物 太 阳 电 池 活 性

3、层 时 ， 在 退 火 温 度 为 130 时 效 果 最 好 ， 能 量转 换 效 率 达 到 2.65%； 器 件 中 加 入 ZnO 层 之 后 ， 能 量 转 换 效 率 明 显 提 高 ， 由 原 来 的 2.65%升 高 到 3.45%。我 们 采 用 一 种 新 的 电 子 给 体 材 料 PCDTBT，与电子受体材料 PC71BM 混 合 制 成 溶 液作 为 聚 合 物 太 阳 能 电 池 的 活 性 层 ， 制 备 了 4 种 不 同 结 构 的 太 阳 能 电 池 器 件 ， 通 过 与 传 统的 活 性 层 材 料 P3HT:PC61BM 相 对 比 ， 发 现 旋 涂

4、 活 性 层 PCDTBT:PC71BM 的 厚 度 为 80nm时 ， 电 池 的 性 能 最 好 ， 新 的 材 料 可 以 使 电 池 的 能 量 转 换 效 率 大 大 提 高 ， 其 电 池 器 件 在100mw/cm2光 照 强 度 下 ， 开 路 电 压 可 达 0.89V， 短 路 电 流 密 度 为 12.3mA/cm2， 能 量 转 换效 率 为 5.38%。本 文 还 研 究 了 电 极 修 饰 层 对 聚 合 物 太 阳 能 电 池 能 量 转 换 效 率 的 影 响 ， 我 们 制 备 了 结构 相 同 、 空 穴 传 输 层 不 同 的 聚 合 物 有 机 太 阳

5、能 电 池 器 件 ， 发 现 器 件 的 性 能 与 空 穴 传 输 层的 电 导 率 有 关 。 随 着 空 穴 传 输 层 电 导 率 的 增 加 ， 器 件 的 短 路 电 流 密 度 增 大 ， 开 路 电 压 和填 充 因 子 减 小 。 用 PEDOT:PSS 作 为 空 穴 传 输 层 时 ， 器 件 的 性 能 最 好 ， 能 量 转 换 效 率 达到 5.03%。关 键 词 聚 合 物 太 阳 能 电 池 退 火 温 度 ZnO PCDTBT PC71BM 能 量 转 换 效 率活 性 层 厚 度 电 导 率IAbstractAbstractPolymer solar ce

6、lls have manufacturing process simple, low cost, high security and curly,preparation of large area etc, and can have broad application prospects, more and morepeoples attention. This paper focuses on the development history of polymer solar celldevelopment, the present situation and existing problem

7、s were discussed, introduces therelated knowledge of polymer solar cells.In order to obtain high energy conversion efficiency, this paper studies the annealingtemperature on the influence of polymer solar cell device, and annealing, and on the basis ofthe active layer in solar cells and the cathode

8、joined a thin layer of ZnO between as holelinings. Through the experiment, we get: annealing temperatures affecting polymer solar cellsdirectly with the energy conversion efficiency, P3HT: PCBM as polymer solar cell activity inthe annealing temperature layers for 130 works best when 2.65%, energy co

9、nversionefficiency reached; After adding ZnO layer device, the energy conversion efficiency wasimproved obviously, from originally of 2.65% non-smooth higher.We adopt a new electronic give body materials, and electronic receptors materialsPCDTBT PC71BM mixes of polymer solution as solar cells were a

10、ctive layer, four kinds ofdifferent structure of the solar cell device with traditional activity, through P3HT: PC61BMmaterial of comparison, found PCDTBT: spin coating PC71BM active layer thickness of80nm, batteries for the performance of the new materials, best can make battery energyconversion ef

11、ficiency greatly improved, and its battery 100mw/cm2 devices in the lightintensity, open 0.89 V, voltage of short-circuit current density of cm2, averaged 12.3mA/energy conversion efficiency for 5.38%.This paper also studies the electrode modified layer of polymer solar energy conversionefficiency,

12、we the influence of the same structure, preparation of polymer hole-transportinglayers of organic solar battery device of the device, found the performance andhole-transporting layer on conductivity. Along with the increase of hole-transport layerconductivity, the device short-circuit current densit

13、y increases, open the voltage and the fillIIAbstractfactor decreased. As with PEDOT: PSS hole-transport layer, the performance of the device,the energy conversion efficiency achieve best 5.03%.Keywords Polymer solar cells Annealing temperature ZnO PCDTBT PC71BMEnergy conversion efficiency Active lay

14、er thickness conductivityIII第 1 章 有 机 太 阳 能 电 池 综 述第 1 章 有机太阳能电池综述1.1 引 言当 今 ， 能 源 危 机 和 全 球 变 暖 两 大 问 题 ， 促 使 各 国 政 府 推 动 可 再 生 能 源 的 发 展 ， 而 能源 问 题 已 成 为 世 界 各 国 生 产 和 生 活 发 展 中 遇 到 的 首 要 问 题 。 首 先 ， 世 界 传 统 能 源 现 存 储量 有 限 ， 煤 ， 石 油 ， 天 然 气 等 自 然 资 源 面 临 枯 竭 ， 已 经 不 能 满 足 人 类 当 前 发 展 的 需 要 ；其 次 ，

15、煤 、 石 油 等 化 石 燃 料 会 产 生 大 量 温 室 气 体 造 成 全 球 气 候 变 暖 ， 污 染 严 重 ， 给 人 类的 生 产 和 生 活 带 来 严 重 的 影 响 。 而 太 阳 能 在 可 再 生 能 源 行 业 中 的 地 位 举 足 轻 重 ， 成 为 未来 最 主 要 的 清 洁 能 源 这 一 1，它清洁干净，不会改变地球的热能平衡，不产生有害气体也 不 会 造 成 生 态 环 境 污 染 ， 另 外 ， 太 阳 辐 射 到 地 球 上 的 能 量 是 一 个 巨 大 的 能 源 宝 库 ， 取之 不 尽 ， 用 之 不 竭 。 因 此 ， 太 阳 能 的

16、开 发 与 利 用 引 起 了 人 类 的 极 大 重 视 ， 而 基 于 光 生 伏打 效 应 的 太 阳 能 电 池 是 开 发 利 用 太 阳 能 的 最 有 效 方 法 之 一 。太 阳 能 电 池 按 其 所 使 用 原 料 的 不 同 可 分 为 无 机 太 阳 能 电 池 和 有 机 太 阳 能 电 池 ， 因 为无 机 材 料 发 展 起 步 早 ,研 究 比 较 广 泛 ， 所 以 目 前 研 究 和 应 用 最 为 广 泛 的 是 无 机 太 阳 能 电池。无机太阳能电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅系列电池 2,3,然而硅电池原料成本高 ,生 产 工 艺 复 杂 ,不 易 进 行 大 面 积 加 工 ， 不 能 实 现 柔 性 化 ， 并 且 原 料 受 地 域 分 布 的 影 响 ，材 料 本 身 不 利 于 降 低 成 本 ,这 些 都 限 制 了 太 阳 能 电 池 的 普 及 和 大 规 模 使 用 。 开 发 低 成 本 太阳 能 电 池 的 有