聚合物体相异质结太阳能电池中溶剂与添加剂的应用研究

【摘要】太阳能电池是可再生能源的一部分，自1950年代以来，很多种类的太阳能电池正被研究。而现在主流的商业化硅基太阳能电池有制造工艺复杂，生产成本高，笨重的缺点导致没有被大规模化应用。基于聚合物的体相异质结太阳能电池有着柔性，轻薄，容易大规模生产，发电成本低等潜在优势，正被广泛地研究。本文综述了太阳能电池基于光敏层材料，基于界面能级，基于结构的三种分类标准。主要研究了聚合物-富勒烯太阳能电池中新型溶剂、三元溶剂的使用；新型给体聚合物的器件性能优化；添加剂在聚合物-量子点杂化太阳能电池中的应用：在P3HT-PCBM体系中，利用非传统的溴代苯(BrB)取代传统的氯代溶剂氯苯(CB)，联合添加剂二碘辛烷(DIO)，将效率从2.79%提高到了3.14%。分析表明，BrB/DIO相对于CB/DIO，能得到相分离更加理想的薄膜，从而有更理想的二极管特性，更高的效率。而且这种方法在一部分新型聚合物-PCBM体系中，也得到了比传统的CB/DIO更好的效果。我们研究了三元溶剂CF/DCB/DIO在新型聚合物-富勒烯薄膜中的使用，发现当聚合物在CF和DCB中溶解度差异不大时，CF/DIO和DCB/DIO分别需要较高和较低的优化转速，而混合溶剂使用后，优化转速向中间靠；而当聚合物在CF和DCB中溶解度差异较大时，DCB溶液很粘稠，也需要高转速，这时候优化三元溶剂不再需要精细优化转速。两个系列的新型聚合物给体分别采用了溶剂和添加剂的的优化，两个体系器件效率分别达到5.1%和2.6%。迁移率测量和形貌表征分别解释了器件优化手段对器件效率的影响。油酸包裹的量子点相对于富勒烯衍生物对溶剂的要求不一样。将添加剂加入到P3HT-PbS溶液中，效率从0.4%提高到了1.5%。分析表明，添加剂可以促进P3HT的结晶，提高对光的吸收，提高空穴迁移率，而电子迁移率不变，聚合物-量子点的相分离变小。而经过热退火处理后，这些参数可以进一步得到优化和提高，器件效率提高到了2.7%。
【作者】黄小东；
【导师】马万里；
【作者基本信息】苏州大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】太阳能电池；聚合物；体相异质结；相分离；形貌；杂化；溶剂；DIO；BrB；

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