扫描探针显微镜在有机太阳能电池研究中的应用凝聚态物理专业论文.docxVIP

摘要有机太阳能电池材料来源广泛、制作成本低廉、能够实现大面积滚筒式印刷、并且 摘要 有机太阳能电池材料来源广泛、制作成本低廉、能够实现大面积滚筒式印刷、并且 能够制作出柔性、可弯曲的器件，因而成为当前国际上的研究热点。有机太阳能电池目 前存在的光电转换效率偏低和器件稳定性差等缺点是制约着其商业化的主要问题。有机 光伏电池的效率与构成异质结的材料及其微观结构、有机光伏电池的稳定性及失效机理 与异质结微观形貌稳定性都有着密切的关系。利用扫描探针显微镜(SPM)研究有机太 阳能电池材料及器件的局部微观形貌与器件宏观性能、稳定性之间的内在规律，合理地 指导薄膜的形貌调控，从而达到优化器件性能的目的是本论文的主要工作。具体工作内 容如下： (1)研究了基于P3HT：PCBM和P3HT：ICBA体系的聚合物本体异质结太阳能电池 的性能和形貌稳定性。考察了P3HT／ICBA比例不同对器件光伏性能的影响。结果表明： 基于P3HT：ICBA体系的器件的光电转换效率尽管可以达到5．5％，但是其稳定性却低 于基于P3HT：PCBM体系的器件。利用原子力显微镜(AFM)分析了P3HT：ICBA体 系稳定性较低的原因。由于不稳定的D—A互穿网络结构使得P3HT：ICBA薄膜形貌会 随存储时间的增加发生较大的改变。研究了通过添加PCBM作为第二受体来增强P3HT： ICBA体系的稳定性。当加入4 wt％PCBM时，器件的稳定性达到最佳。根据TRPL光 谱测定了P3HT：PCBM和P3HT：ICBA两种体系的PL衰减寿命分别为33．66 ns和35．34 ns，表明P3HT：ICBA体系的激子分离效率低于P3HT：PCBM体系。 (2)利用AFM和C．AFM研究了不同时间紫外．臭氧处理对PEDOT：PSS薄膜表面形貌 及导电性能的影响。结果表明：当处理时间为10 S时，薄膜的导电性能最佳。制备的有 机光伏电池器件性能结果与利用SPM得到的结果相符。利用AFM和C．AFM研究了不 同预热温度对钙钛矿薄膜及太阳能电池器件性能的影响。研究结果表明：预热温度为130 。C时，器件的性能最佳，JsC、VoC、FF和PCE分别为12．96 mm／cm2、0．98 V、0．51和 6．5 l％。不同衬底预热温度将会影响CH3NH3Pbl3薄膜中晶粒的大小、缺陷和覆盖率， 导致薄膜电导率发生变化，从而影响到器件的性能。这是由于不同预热温度下Pbl2具有 不同的形貌，进而影响到后续的进一步与CH3NH2反应生成CH3NH3Pbl3晶体。 (3)通过水热法，在诱导剂和分散剂作用下，利用N2H4还原CufN03)2制备了Cu纳米 线。采用多次旋涂的方法制备了PEDOT：PSS／CuNWs／PEDOT：PSS(PCP)多层薄膜。利 用AFM、紫外可见光谱研究了PCP多层薄膜的物理性能。研究了基于P3HT．PCBM 体系以PCP多层结构为阳极缓冲层的有机光伏器件性能。利用AFM分析了PCP结构的 表面形貌与器件性能之间的关系。结果表明：当CuNWs为6 mg／ml时，PCP多层结构 器件性能最佳。器件的FF为61％，Jsc为1 1．21 mA／cm2，Voc为0．57 V，PCE为3．90％。 关键词： 有机太阳能电池扫描探针显微镜PEDOT：PSS薄膜钙钛矿太阳能电池铜纳 米线 万方数据 AbstractOrganic Abstract Organic solar cells are a promising alternative for clean，renewable sources of energy,and offer the combined attraction of light-weight，flexibility and low cost to manufacture by large。area roll．to．roll processes．The relative low power conversion efficiency(PCE)of the photovoltaic devices and morphological instability are considered to be the major obstacles for commercialization．So，how to control the morphology of organic solar cells is of critical importance and rather challenging for the future commercial application．In this thesis，scanning probe microscopy