基于本體異質結型聚合物太陽能電池光電性能的研究.pdf

1、聚合物太陽能電池具有材料種類多、質輕、柔性、易加工、可大面積成膜、分子及薄膜性質的可設計性等顯著優(yōu)點，被看作是硅基太陽能電池廉價、優(yōu)質的替代品，但存在著能量轉換效率較低的缺陷。本論文圍繞聚合物本體異質結型太陽能電池開展以下研究工作。
　　 首先，本文對五種不同結構的聚合物太陽能電池的光電轉換機理做了詳細敘述，并綜述了提高聚合物太陽能電池能量轉換效率的有效途徑。
　　 其次，本文通過對聚合物太陽能電池等效電路進行分析，以太

2、陽能電池Ⅳ特性為基礎，建立了Matlab/Simulink仿真環(huán)境下的聚合物太陽能電池的等效仿真模型，定量模擬了不同的光照強度以及不同串聯電阻、并聯電阻對光伏電池輸出特性的影響，得到了接近實際器件的性能特性。從仿真的結果可以得出以下結論:1、太陽能電池是一種非線性器件，其輸出量與多個變量如環(huán)境溫度、日照強度、串聯電阻、并聯電阻都密切相關。2、光照強度的大小直接影響太陽能電池輸出電能的多少。太陽能電池的輸出功率、短路電流、開路電壓都隨著光

3、照強度的增強而增加。3、串聯電阻、并聯電阻對器件的Ⅳ特性的影響較大。隨著串聯電阻的減小，器件的短路電流增大，且器件的性能包括填充因子、能量轉換效率等增強明顯。隨著并聯電阻的增大，器件的開路電壓增強。也說明了光伏器件的開路電壓主要受并聯電阻Rsh的影響，隨著并聯電阻的增大而增大，與串聯電阻無關。并聯電阻對短路電流基本沒有影響，同時串聯電阻對開路電壓也沒有影響。而較小的串聯電阻和較大的并聯電阻能夠產生較高的填充因子，器件的能量轉換效率也會提

4、高。
　　 最后，我們在實驗中制備了7組電池器件用于測量與表征。通過制備利用不同的熱處理方式后的電池器件，對其表面形貌、Ⅳ特性曲線、PV特性曲線的比較分析，得到了不同的熱處理方式對電池器件的開路電壓、短路電流、填充因子以及能量轉換效率的影響。在ITO/PEDOT:PSS/PCBM:P3HT/Al結構中，熱處理在使器件活性層吸收光譜紅移的同時，還增加了活性層的表面粗糙度，提高了活性層的結晶度，使P3HT與PCBM出現了相分離，有利

5、于載流子在互穿網絡結構中傳輸，一定程度上提高了有機半導體材料的載流子遷移率。熱后處理的方式不僅改變了活性層的相分離，而且可能改變了活性層與金屬電極的接觸表面狀態(tài)，活性層的表面出現了相對的凹凸不平，這種凹凸的表面可能增大了活性層與Al電極的接觸面積，從而更有利于電極對于載流子的吸收提取。同時，經過熱處理后的電池器件串聯電阻極大地減小，而表面粗糙度的增加，在很大程度上減少了光的反射，從而達到提高短路電流、開路電壓和填充因子的目的。我們對經過

6、不同熱處理方式的三組實驗樣品進行Ⅳ特性的測量，結果發(fā)現經過熱前處理的電池器件的開路電壓Voc、短路電流密度Jsc、填充因子FF分別為0.421V、1.53mA/cm2、30.79％，比未經過熱處理的電池器件的開路電壓、短路電流密度、填充因子分別提高了71.8％、30.8％、26.2％，而能量轉換效率更是從0.08％提高到0.21％。而經過熱后處理的器件，比較熱前處理的器件，雖然開路電壓增加不大，填充因子出現略微下降，但是短路電流密度卻由