聚合物光伏器件機理研究及性能改善.pdf

1、本論文圍繞聚3-己基噻吩：富勒烯(P3HT：PCBM)體系太陽能電池展開研究，主要內(nèi)容分為三個部分：首先采用雙脈沖光電流響應(yīng)的方法對器件載流子傳輸特性進行深入探討；接著在器件制備過程中引入垂直靜電場，有效提高了器件的光伏性能；最后利用溶劑蒸汽對P3HT：PCBM薄膜進行處理，以增強其相分離程度，并對比分析了不同溶劑對P3HT和PCBM的作用。
　　1、利用瞬態(tài)光電流響應(yīng)的方法分析了ITO/PEDOT：PSS/P3HT：PCBM/A

2、1器件中載流子傳輸情況，并系統(tǒng)研究了熱處理方式、摻雜濃度、電極修飾層的插入等因素對器件載流子傳輸?shù)挠绊憽?br>　　通過瞬態(tài)光電流的測量證明P3HT：PCBM中束縛態(tài)的存在。研究表明，光伏器件的功能層內(nèi)存在載流子束縛態(tài)，以電子束縛為主，嚴重影響了器件的光伏性能。光生載流子很容易被器件中的束縛態(tài)所俘獲，被俘獲的載流子形成一個反向電場，阻礙載流子傳輸。
　　熱處理方式對器件載流子傳輸?shù)挠绊?。實驗結(jié)果表明，熱處理方式的不同，會引起器件中

3、束縛態(tài)的不同。與后熱處理的器件相比，前熱處理的器件中束縛態(tài)較多，其對載流子傳輸?shù)淖璧K作用較大。
　　PCBM濃度對器件載流子傳輸?shù)挠绊憽Ｑ芯勘砻?，隨著PCBM濃度的增加，器件中束縛態(tài)增多，載流子傳輸受到的阻礙作用增強。而且，被俘獲電荷的數(shù)目與PCBM濃度有關(guān)。
　　電極修飾層對器件載流子傳輸?shù)挠绊?。CuPc電極修飾層的插入，可以提高器件內(nèi)建電勢，改善載流子傳輸性能，器件的開路電壓和短路電流得到有效提高。
　　2、在P3

4、HT：PCBM光伏器件制備過程中引入垂直電場，器件性能得到了有效提高。研究表明，電場強度、電場極性、溶劑分子電偶極矩、及聚合物分子量等都會對聚合物形貌產(chǎn)生不同程度的影響。
　　在電場下制備PEDOT：PSS層，薄膜表面PEDOT與PSS的比例提高，同時，PEDOT：PSS的表面形貌得到調(diào)制，表面粗糙度略有增大，器件性能得到了提高。
　　在電場下制備P3HT：PCBM層，有效提高了器件的光伏性能。電場不僅可以提高P3HT的結(jié)晶

5、度，而且可以使PCBM結(jié)晶團聚，增大了薄膜相分離程度。研究表明，隨著電場強度的增大，P3HT結(jié)晶度提高；改變電場極性，P3HT的結(jié)晶度受到破壞。研究還發(fā)現(xiàn)，P3HT分子鏈不僅受到電場的直接作用，同時受到電場通過溶劑分子對其的間接作用。以電偶極矩較大的氯仿為溶劑時，器件性能隨電場強度的增大而減小。此外，聚合物分子量同樣會對功能層形貌產(chǎn)生影響。聚合物分子量不同，其排列不同，受外界環(huán)境的影響亦不同。高分子量的P3HT有序度較低，電場的作用有效