聚合物太陽(yáng)能電池機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、聚合物太陽(yáng)能電池，迄今為止以其原料價(jià)格低廉、生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、可以大面積制造等為特點(diǎn)。同時(shí)，各種各樣日臻成熟的制備聚合物薄膜的方法之出現(xiàn)，亦為電池的制備提供了有力的支撐。這樣，使得聚合物太陽(yáng)能電池成為目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　 本論文針對(duì)聚合物太陽(yáng)能電池的機(jī)理及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了較為深入的探索，旨在提高器件光電轉(zhuǎn)換效率。
　　 本論文的主要工作，是從聚合物太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化入手，在研究電池光電轉(zhuǎn)換過(guò)程以及損耗機(jī)理的基礎(chǔ)

2、上，利用Matlab軟件，模擬分析了有機(jī)電池輸出特性、光子吸收特性和載流子輸運(yùn)特性；在此基礎(chǔ)之上制備了基于P3HT/PCBM和MDMO-PPV/PCBM的兩種復(fù)合體聚合物太陽(yáng)能電池，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。找到了電池材料給體受體合適的混合比例、合適的成膜溶劑；研究了對(duì)復(fù)合體膜進(jìn)行熱處理，以及增加緩沖層等這些提高聚合物太陽(yáng)能電池性能的重要途徑。
　　 首先，建立了有機(jī)太陽(yáng)能電池的等效電路模型，利用Matlab軟件生成了有機(jī)電池輸出特性仿

3、真系統(tǒng)，模擬了有機(jī)太陽(yáng)能電池的輸出特性。同時(shí)還對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池的串聯(lián)電阻和分流電阻對(duì)輸出特性的影響進(jìn)行了仿真研究。
　　 進(jìn)而，為了驗(yàn)證模型的合理性，制備了基于P3HT/PCBM的復(fù)合體結(jié)構(gòu)聚合物有機(jī)太陽(yáng)能電池并實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)還將仿真結(jié)果與其它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好，從而證明所建立的電路模型，對(duì)描述有機(jī)太陽(yáng)能電池的輸出特性可靠。
　　 之后，以P3HT/PCBM的復(fù)合體結(jié)構(gòu)有機(jī)太陽(yáng)能電池參

4、數(shù)為基礎(chǔ)，建立了復(fù)合體異質(zhì)結(jié)器件光子吸收模型和載流子輸運(yùn)模型，模擬了基于P3HT/PCBM的復(fù)合體結(jié)構(gòu)有機(jī)太陽(yáng)能電池光吸收和電荷輸運(yùn)過(guò)程，分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，對(duì)于體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池，都存在最佳參數(shù)可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。
　　 綜上所述，本工作對(duì)聚合物太陽(yáng)能電池，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面，進(jìn)行了有益的探索。從理論上，利用光學(xué)干涉效應(yīng)、電荷漂移和擴(kuò)散理論，建立了等效電路模型、光子吸收模型、載流子輸運(yùn)模型和輸出特性仿真系統(tǒng)；在實(shí)驗(yàn)上，

5、系統(tǒng)研究了電池材料給體受體的混合比例、成膜選擇的溶劑，以及對(duì)復(fù)合體膜進(jìn)行熱處理和增加緩沖層等對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的影響，得到了具有實(shí)際指導(dǎo)意義和理論參考價(jià)值的結(jié)果：
　　 研究表明，復(fù)合體中給體受體材料(D/A)比例不同，會(huì)直接影響成膜的表面形貌，改變給體相和受體相的分離狀況，從而影響電池的開(kāi)路電壓和短路電流；選擇不同溶劑成膜制備的聚合物太陽(yáng)能電池，得到不同的薄膜表面微相結(jié)構(gòu)狀態(tài)；對(duì)制備的電池進(jìn)行熱處理，可以形成良好的微相分