基于可溶液处理的V_2O_5空穴传输层的聚合物太阳能电池研究

【摘要】随着人类社会的不断进步，我们对于各种能源的需要越发明显，能源危机开始出现，而太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁的可再生能源，日益受到人们的关注。作为利用太阳能的一种有效手段，近年来有机太阳能电池逐渐成为了研究人员研究的热点。在研究的过程中，体异质结太阳能电池的出现大大改善了有机光伏电池的性能，而电子传输层和空穴传输层的引入又使得其性能有了更大的提升。传统的空穴传输层材料通常通过真空热蒸镀的方法，蒸镀诸如WO3，NiO,V2O5和MoO3等过渡金属氧化物的方式制备。由于真空热蒸镀的方法需要抽真空等流程会消耗大量的能源，因而近些年来采用可溶液处理的过渡金属氧化物作为有机电池的空穴传输层材料的报道逐渐增多。V2O5作为一种廉价的过渡金属氧化物，在很多领域都有着成熟的应用，但目前很少应用到有机太阳能电池器件中。在本论文中，我们首先根据实验室的条件，通过水热法合成了可溶液处理的V2O5材料，并将其溶解在异丙醇溶液中。我们将V2O5溶液旋涂在ITO基片上，经退火处理后可形成完整的V2O5薄膜。随后，我们将可溶液处理的V2O5作为器件的空穴传输层用于有机聚合物太阳能电池中，制作了ITO/TiO2/P3HT:PCBM/V2O5/Ag结构的器件，并尝试研究不同的V2O5浓度和不同的V2O5退火温度对此结构体异质结光伏电池的影响。本论文中的V2O5，将通过旋涂成膜的方式旋涂到有源层P3HT:PCBM的表面，经退火处理后作为有机太阳能电池的空穴传输层。这种制备方法制备的光伏器件，省去了蒸镀空穴传输层的工艺流程，简化了工艺，节约了能源，并且制备成本大大降低。通过实验证明，此结构的光伏电池器件，当V2O5退火温度为80℃，溶液浓度为300μg/ml时，所制备的器件的性能最好，其中器件的短路电流密度Jsc约为8.13mA/cm2,开路电压Voc达到了0.56V，填充因子FF约为0.53，能量转换效率PCE最高达到了2.43%。最后，我们还研究了不同的阴极衬底材料对器件性能的影响，在这里我们选用了FTO作为器件的衬底材料，制作了结构为FTO/TiO2/P3HT:PCBM/V2O5/Ag的器件。通过实验证明，此结构的光伏电池器件，当V2O5退火温度为80℃，溶液浓度为300μg/ml时，所制备的器件的性能最好，能量转换效率PCE达到了2.38%。无论是选用ITO还是FTO作为阴极衬底材料，V2O5溶液的最佳浓度均为300μg/ml，且器件的性能基本相差不多，使用ITO为衬底材料的器件性能略好于使用FTO为衬底材料的器件。最终我们得出结论：ITO衬底为最适合V2O5空穴传输层的阴极衬底材料，当V2O5浓度为300μg/ml，退火温度为80℃时器件性能最佳，效率最高达到了2.43%。
【作者】武健；
【导师】郭文滨；
【作者基本信息】吉林大学，微电子学与固体电子学，2014，硕士
【关键词】可溶液处理；V2O5；太阳能电池；聚合物；退火温度；

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