低功耗有机光伏技术研究-高分子化学与物理专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Dissertation Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree of Chemistry and Physics of Polymers THE RESEARCH OF HIGH OUTPOWER ORGANIC SOLAR CELLS TECHNOLOGY by Wang Wenbo Supervisor: Prof. Qin Dashan May 2015 This work supported by the National Natural Science Foundation of China. No.and National Natural Science Foundation of Hebei province. No. E2013202119.. 河北工业大学硕士学位论文 摘 要 近几年来，随着化石能源的急剧减少，许多研究人员将注意力投向了可再生能源， 其中太阳能便是一个很好的选择，我们可以通过有机太阳能电池将太阳能转化为电 能，这将很好地解决电力能源不足的问题。在众多的光伏产品中，有机太阳能电池在 提高电池的性能方面有很大的优势。本论文对低功耗有机光伏技术作了如下三个方面 的研究： 利用 4,4’-N,N’-二咔唑-联苯(CBP)对三氧化钼(MoO3)进行 N 型掺杂，并在反转有 机发光二极管和反转聚合物太阳能电池中应用这种掺杂材料。由于 CBP 和 MoO3 可以 形成电荷转移络合物，同本征 MoO3 相比，MoO3:CBP 薄膜的电导率有所提高，因此 复合阳极为 MoO3:CBP(15:1) 7nm/MoO3 3nm/Al 的反转有机发光二极管的空穴电流比 复合阳极为 MoO3 10nm/Al 的反转有机发光二极管的空穴电流明显提高。但是对于将 MoO3:CBP 应用于有机太阳能电池中，与 ITO/TiO2/P3HT:PCBM/MoO3 10nm/Al 相比， ITO/TiO2/P3HT:PCBM/MoO3:CBP(15:1) 7nm/MoO3 3nm/Al 的能量转换效率只是略有 增加，这主要是由于在单质结中 MoO3 一侧的电子积累限制了电池在短路条件下空穴 的导出，也就抵消了 MoO3:CBP(15:1)比 MoO3 的电导率高的优势。因此通过 CBP 对 MoO3 进行 N 型掺杂，可以提高有机太阳能电池的能量转化效率和有机发光二极管的 空穴注入能力。 利用 3-己基取代聚噻吩(P3HT)、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)和聚甲基丙烯 酸甲酯(PMMA)分别制作两组分和三组分活性层。对于活性层 P3HT:PCBM 的有机太 阳能电池，阴极结构分别为 LiF/Al、BCP 2nm/Al 和 BCP 10nm/Al 的有机太阳能电池 的能量转化效率几乎相同。其中 BCP 为 2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲。然而 对于活性层 P3HT:PCBM:PMMA 的有机太阳能电池，同阴极结构为 BCP 10nm/Al 和 阴极结构为 LiF/Al 的有机太阳能电池的能量转化效率相比，阴极结构为 BCP 2nm/Al 的有机太阳能电池的能量转化效率提高了近 42%。由于 P3HT:PCBM:PMMA 中存在 聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA 会限制 P3HT 和 PCBM 的垂直相分离，因此与 P3HT:PCBM 中 P3HT 和 PCBM 的垂直相分离相比，P3HT:PCBM:PMMA 中 P3HT 和 PCBM 的垂 直相分离会受到限制。对于 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:PMMA/BCP 2nm/Al 的有机 太 阳 能 电 池 而 言 ， 该 有 机 太 阳 能 电 池 的 能 量 转 化 效 率 比 结 构 为 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al 的有机太阳能电池的能量转化效率提高了近 20%。因此通过对活性层薄膜形貌和阴极结构的研究，对低功耗有机光伏技术产业化 起到了极大的推动作用。 利用 2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)作为缓冲层，应用在有机太阳能 I 低功耗有机光伏技术研究 电池中。在制作活性层为 P3HT:PCBM 的有机太阳能电池时，在旋涂完活性层之后， 在溶剂挥发的过程中，由于 P3HT 比 PCBM 的表面能小，P3HT 向上方运动，这样可 以减少 P3HT 和 PCBM 的整体表面能，从而使得分子的形态达到热力学稳定态。这样 P3HT 和 PCBM 就会在活性层的纵向方向上存在浓度梯度，其中较多的 PCBM 与 PEDOT:PSS 相接触，而活性层表面