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时间:2019-05-12
《有机太阳能电池优化及稳定性的研究》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、密级:中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences硕士学位论文2013年5月.OrganicSolarCells:PerformanceOptimizationandStabili.ty.StudiesByXiaoyanDuADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofPhysic
2、alChemistryNationalCenterforNanoscienceandTechnologyMay,2013摘要为实现有机太阳能电池的实际应用,一方面要提高电池能量转换效率,另一方面要延长器件使用寿命。提高能量转换效率关键在于设计合成新型高效给体材料和受体材料,以及研发新型器件结构:延长器件使用寿命必须考虑器件光稳定性以及热稳定性。本论文从以上两个角度出发,研究了紫外光对反式器件性能的影响、交联剂在提高器件熟稳定性方面的作用,以及基于新型受体材料器件性能的优化。主要研究内容如下:(1)制备了以Zn
3、O为电子传输层的反式太阳能电池,通过跟踪测试器件在持续光照下性能变化我们发现,有紫外光照射的器件性能先增加后下降;无紫外光照射的器件性能均很低,但在测试时间范围内性能不断提高。以上结果说明紫外光在器件光退火和光降解过程中起主要作用。在光照初始阶段,紫外光通过减少ZnO表面氧自由基缺陷,大幅度提高ZnO导电性,进而提高器件短路电流密度和填充因子;另一方面,紫外光引起活性层中共轭聚合物光降解,长时间光照导致器件性能衰减。在实际应用中,特别是对聚合物太阳能电池进行封装以提高器件使用寿命时,必须综合考虑和平衡紫外光的
4、双重影响。(2)为研究有机太阳能电池的热稳定性,制各了基于P3HT:PC6lBM的正式电池,并在活性层中加入新型小分子交联剂苯并[3,4]氧硫杂环己烷.1-甲酸辛二酯(OBOCO)。活性层中OBOCO在加热条件下可与PC6lBM发生Diels—Alder反应,将富勒烯交联起来,从而抑制富勒烯过度聚集,提高器件稳定性。研究了添加剂含量对器件性能、活性层形貌、载流子迁移率的影响。结果表明,加入5%OBOCO对器件性能、活性层中给受体相分离以及载流子传输特性几乎没有影响,且在加热时抑制富勒烯过度聚集,稳定活性层形貌
5、,进而提高器件的热稳定性。(3)以亚甲基富勒烯衍生物OQMF为电子受体,以P3HT为电子给体,制备太阳能电池,研究了给受体比例、退火温度、溶剂退火、活性层厚度、添加剂等制备条件对器件性能的影响。器件最高能量转换效率达到6.6%,开路电压为0.83V,短路电流密度为11.58mAJcm2,填充因子为68%。以P3HT:OQMF为第一层,PBDTTT-C:PC71BM为第二层制备了反式叠层电池,器件能量转换效率达到4.4%,开路电压为1.30V,短路电流密度为6.39mm/ctlci2,填充阕子为53%。进一步优
6、化中问有机太阳能电池优化及稳定性的研究层以及采用吸收不重叠的给体材料有望进一步提高叠层电池的性能。关键词:有机太阳能电池;光稳定性;热稳定性;器件优化:叠层电池.一些兰坠竺!望ABSTRACTXiaoyanDu(PhysicalChemistry)DirectedbyProfessorLimingDingInordertorealizethepracticaluseoforganicsolarcells,thepowerconversationefficiency(PCE)andthestabilitysho
7、uldbeimproved.ThekeytoimprovePCEistodesignandsynthesizehigh—performancematerialsanddevelopnewdevicearchitecture.Toimprovethelifetimeoforganicsolarcells,bothlightstabilityoforganicmaterialsandthethermalstabilityofactivelayermorphologyshouldbeconsidered.Inthi
8、sdissertation,UVlighteffectoninvertedsolarcellsandsmallmolecularcrosslinkereffectondevicethermalstabilitywereinvestigated.Inaddition,weoptimizedtheperformanceofdevicebasedonanewfullereneacceptorwithhig
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