新型薄膜太陽能電池形貌特征、穩(wěn)定性以及性能的研究.pdf

1、本論文圍繞新型薄膜太陽能電池的形貌特征、穩(wěn)定性以及性能等相關因素展開研究。主要內容分為三個部分。
　　1、選用具有不同的沸點、飽和蒸氣壓以及對poly(3-hexylthiophene)(P3HT)和[6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester(PCBM)有不同溶解度的溶劑(Tetrahydrothiophene(THT)、Tetrahydronaphthalene(THN)、Di(ethy

2、lene glycol)-diethylether(DEGDE)和1，2-dichlorobenzene(DCB))分別處理聚合物太陽能電池的陽極修飾層，改善了功能層的形貌，增加了器件的效率。
　　在使用低飽和蒸氣壓以及對PCBM溶解度較小的DEGDE處理陽極修飾層之后，器件的性能最佳。溶劑蒸氣處理后，器件的形貌得到改善，薄膜粗糙度減小，P3HT結晶度提升明顯，給體與受體材料之間形成更適當?shù)南喾蛛x。
　　X射線光電子能譜(X

3、PS)測試數(shù)據(jù)表明，低飽和蒸氣壓的溶液處理后，器件中會形成在垂直方向上的非均勻分布，使PCBM在陰極更多的富集，P3HT在陽極附近富集，提高了載流子的傳輸和收集效率。
　　通過給受體分布對器件性能影響的研究，發(fā)現(xiàn)在陽極修飾層/功能層界面處PCBM比例越高，器件的開路電壓與填充因子越小，與之前溶劑蒸氣處理的結果一致。
　　2、研究了poly[4,8-bis-alkyloxybenzo(1,2-b∶4,5-b)dithiophe

4、ne-2,6-diyl-alt-(alkylthieno(3,4-b) thiophene-2-carboxylate)-2,6-diyl](PBDTTT-C)∶[6,6]-phenyl-C71-butyricacid methyl ester(PC70BM)作為活性層材料的反型太陽能電池的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以及器件在光照和加熱過程中的衰減機理。
　　通過研究聚合物太陽能電池在光照前后理想因子的變化，發(fā)現(xiàn)隨著光照時間的增長，給受

5、體界面以及功能層和電極界面的陷阱增多，導致器件中缺陷誘導載流子復合增多，由此造成的電荷聚集使開路電壓(Voc)降低，短路電流密度(Jsc）減小，最終導致光電轉換效率的衰減。
　　利用差熱分析法得到PBDTTT-C∶PC70BM的相變溫度為64℃;通過測試不同溫度下器件的電流密度-電壓特性曲線(J-V)，發(fā)現(xiàn)加熱溫度是70℃，即超過共混薄膜的相變溫度時，器件性能衰減明顯;通過熱處理前后器件形貌和光電性能研究，發(fā)現(xiàn)加熱時間增長，功能材

6、料在熱動力下相區(qū)收縮變得更加緊密，給受體界面減小，降低了光生載流子的產(chǎn)生和載流子傳輸效率，導致器件短路電流的減小。
　　3、制作了CH3NH3PbI3為功能層的鈣鈦礦太陽能電池，優(yōu)化了器件的性能，研究了器件J-V測試中正向和反向掃描不同而帶來的滯后現(xiàn)象以及其中電荷傳輸?shù)倪^程。
　　制備的鈣鈦礦太陽能電池器件，使用納米氧化鋅(ZnO-NPs)制作的均勻連續(xù)的薄膜作為電子傳輸層，優(yōu)化了功能層厚度，光電轉換效率達到了13％。

7、>　　研究了電壓正、反向掃描時，Jsc與光強的關系，發(fā)現(xiàn)兩者之間呈線性相關，和電壓掃描方向無關，表明在光照下器件中存在的自由載流子復合比例較少。通過Voc與光強關系曲線和暗態(tài)J-V曲線，計算了正、反向掃描時器件的理想因子。結果表明正向掃描理想因子大于反向掃描，且更接近于2，這說明正向掃描時鈣鈦礦太陽能電池中陷阱誘導的載流子非輻射復合比例更大。
　　利用連續(xù)光強掃描，研究了Voc和光強之間的關系。光強由強到弱掃描時，器件理想因子為1