新型薄膜太陽能電池形貌特征、穩(wěn)定性以及性能的研究.pdf

1、本論文圍繞新型薄膜太陽能電池的形貌特征、穩(wěn)定性以及性能等相關(guān)因素展開研究。主要內(nèi)容分為三個(gè)部分。
　　1、選用具有不同的沸點(diǎn)、飽和蒸氣壓以及對(duì)poly(3-hexylthiophene)(P3HT)和[6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester(PCBM)有不同溶解度的溶劑(Tetrahydrothiophene(THT)、Tetrahydronaphthalene(THN)、Di(ethy

2、lene glycol)-diethylether(DEGDE)和1，2-dichlorobenzene(DCB))分別處理聚合物太陽能電池的陽極修飾層，改善了功能層的形貌，增加了器件的效率。
　　在使用低飽和蒸氣壓以及對(duì)PCBM溶解度較小的DEGDE處理陽極修飾層之后，器件的性能最佳。溶劑蒸氣處理后，器件的形貌得到改善，薄膜粗糙度減小，P3HT結(jié)晶度提升明顯，給體與受體材料之間形成更適當(dāng)?shù)南喾蛛x。
　　X射線光電子能譜(X

3、PS)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，低飽和蒸氣壓的溶液處理后，器件中會(huì)形成在垂直方向上的非均勻分布，使PCBM在陰極更多的富集，P3HT在陽極附近富集，提高了載流子的傳輸和收集效率。
　　通過給受體分布對(duì)器件性能影響的研究，發(fā)現(xiàn)在陽極修飾層/功能層界面處PCBM比例越高，器件的開路電壓與填充因子越小，與之前溶劑蒸氣處理的結(jié)果一致。
　　2、研究了poly[4,8-bis-alkyloxybenzo(1,2-b∶4,5-b)dithiophe

4、ne-2,6-diyl-alt-(alkylthieno(3,4-b) thiophene-2-carboxylate)-2,6-diyl](PBDTTT-C)∶[6,6]-phenyl-C71-butyricacid methyl ester(PC70BM)作為活性層材料的反型太陽能電池的光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以及器件在光照和加熱過程中的衰減機(jī)理。
　　通過研究聚合物太陽能電池在光照前后理想因子的變化，發(fā)現(xiàn)隨著光照時(shí)間的增長(zhǎng)，給受

5、體界面以及功能層和電極界面的陷阱增多，導(dǎo)致器件中缺陷誘導(dǎo)載流子復(fù)合增多，由此造成的電荷聚集使開路電壓(Voc)降低，短路電流密度(Jsc）減小，最終導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率的衰減。
　　利用差熱分析法得到PBDTTT-C∶PC70BM的相變溫度為64℃;通過測(cè)試不同溫度下器件的電流密度-電壓特性曲線(J-V)，發(fā)現(xiàn)加熱溫度是70℃，即超過共混薄膜的相變溫度時(shí)，器件性能衰減明顯;通過熱處理前后器件形貌和光電性能研究，發(fā)現(xiàn)加熱時(shí)間增長(zhǎng)，功能材

6、料在熱動(dòng)力下相區(qū)收縮變得更加緊密，給受體界面減小，降低了光生載流子的產(chǎn)生和載流子傳輸效率，導(dǎo)致器件短路電流的減小。
　　3、制作了CH3NH3PbI3為功能層的鈣鈦礦太陽能電池，優(yōu)化了器件的性能，研究了器件J-V測(cè)試中正向和反向掃描不同而帶來的滯后現(xiàn)象以及其中電荷傳輸?shù)倪^程。
　　制備的鈣鈦礦太陽能電池器件，使用納米氧化鋅(ZnO-NPs)制作的均勻連續(xù)的薄膜作為電子傳輸層，優(yōu)化了功能層厚度，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了13％。

7、>　　研究了電壓正、反向掃描時(shí)，Jsc與光強(qiáng)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)兩者之間呈線性相關(guān)，和電壓掃描方向無關(guān)，表明在光照下器件中存在的自由載流子復(fù)合比例較少。通過Voc與光強(qiáng)關(guān)系曲線和暗態(tài)J-V曲線，計(jì)算了正、反向掃描時(shí)器件的理想因子。結(jié)果表明正向掃描理想因子大于反向掃描，且更接近于2，這說明正向掃描時(shí)鈣鈦礦太陽能電池中陷阱誘導(dǎo)的載流子非輻射復(fù)合比例更大。
　　利用連續(xù)光強(qiáng)掃描，研究了Voc和光強(qiáng)之間的關(guān)系。光強(qiáng)由強(qiáng)到弱掃描時(shí)，器件理想因子為1