有機太陽電池光學性能分析.pdf

1、隨著人類社會對能源需求的逐漸增加，對氣候問題的日益關注，太陽能作為一種清潔、可再生資源，受到越來越廣泛的應用。有機太陽電池以其成本低、柔性好，可大面積制備等優(yōu)點，成為一大研究熱點,并在近些年的研究中取得了眾多成果，在未來的發(fā)展中將具有巨大的應用潛力。有效層是有機太陽電池中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的重要組成部分，其對光的吸收以及內(nèi)部的輻射復合等情況都會影響電池的效率。對有效層光學性能所對應的光譜進行相應分析，可以在一定程度上為有機太陽電池的進一步優(yōu)化

2、提供方向，具有一定的研究意義。在本文中，基于目前主流的聚-3已基噻吩：苯基C60丁酸甲酯（P3HT:PCBM）材料做有效層的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構太陽電池，對有效層進行了紫外-可見吸收譜、光致發(fā)光譜及拉曼光譜行為的測試。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在P3HT:PCBM有效層中，主要的吸光物質(zhì)是P3HT材料，其吸收主要源于其共軛結(jié)構中電子的π-π*躍遷，主要的吸收范圍在300-650nm；其光致發(fā)光激發(fā)峰值位于640nm,710nm和780n

3、m處。P3HT:PCBM較之P3HT材料，吸收曲線的吸收范圍有所擴大，但可見光區(qū)域峰值位置呈現(xiàn)出短波長方向的偏移，同時吸收強度也有所減??；在光致發(fā)光譜方面，也出現(xiàn)了峰值藍移現(xiàn)象及強度衰減現(xiàn)象。結(jié)合拉曼光譜分析可得，PCBM分子的加入使聚合物中的有序性遭到了破壞，吸收降低，峰值位置移動。但是從能級結(jié)構角度分析，能級的匹配與載流子遷移率的增強，使電荷的復合程度顯示出一定的減弱，造成光致發(fā)光強度的衰減。通過改變P3HT:PCBM的比例，結(jié)合相

4、應器件的電學測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著PCBM比例的增大，器件的開路電壓逐漸增大，這種變化與有效層形貌變化引起的能級變動有關。當這一比例值為1:0.8時，電池的效率及短路電流密度達到最高值。對其光譜結(jié)果進行分析，其結(jié)果在于該比例下兩者在有效層中所形成的交互網(wǎng)絡最佳，從而使吸收與復合的綜合效果最好。⑵為了進一步提高有機太陽電池的效率，退火工藝被應用于器件的制備中。退火處理使P3HT:PCBM太陽電池的電學性能參數(shù)得到了顯著的提高。通過光學性能分析

5、可得，退火之后，P3HT:PCBM有效層的吸收曲線強度增強并且可見光區(qū)域的峰值位置向長波長方向移動，光致發(fā)光譜呈現(xiàn)衰減趨勢，X射線衍射圖呈現(xiàn)峰值強度的增強。這些結(jié)果顯示，退火使有效層中P3HT聚合物的晶體化程度增大，兩種材料產(chǎn)生相分離現(xiàn)象，同時遷移率也隨之增大。當退火時長和溫度增加時，相分離的距離會不斷大，距離的增大會導致激子有效分離的效率降低，與此同時遷移率的增加會使電荷輸運的效率增加。因此，在時長及溫度的變化中，將會存在某一平衡點。