活性层修饰对p3htpcbm基聚合物太阳能电池性能影响-effect of active layer modification on performance of p3 htpc bm - based polymer solar cells.docx

摘要摘要有机太阳能电池具有重量轻、可制备柔性电池器件、制备工艺简单、成本低廉等众多优点；越来越多的研究人员以及企业看到了这种电池的巨大发展前景，纷纷对其进行研究。这种类型的电池器件在短短的三十年里已经从最初的不到0.1%提高到现在的12.6%，并且高效率的电池器件不断涌现。这些都预示着有机太阳能电池在不久的将来可以很好的服务于人们的生产生活。聚(3-己基噻吩)poly(3-hexylthiophene)(P3HT)和C60的衍生物[6,6]-phenylC60-butyricacidmethyleater(PCBM)分别作为电子给体和电子受体材料的聚合物体异质结太阳能电池是目前研究最广泛的聚合物太阳能电池。在本论文中我们将以基于P3HT：PCBM的聚合物太阳能电池为主要研究对象，研究提高短路电流密度和填充因子的方法，达到优化器件性能的目的。第二章中，我们研究了在空穴传输层PEDOT：PSS上旋涂一层P3HT层后器件的性能变化规律。通过合理的调整P3HT层的厚度，达到最大限度的改善活性层内P3HT和PCBM在垂直方向的相分离程度，提高活性层对光的吸收以及空穴传输速率，进而提高器件能量转换效率，优化器件性能的目的。实验得出当P3HT层厚度为45nm时，器件的性能最佳，能量转换效率PCE达到3.94%，短路电流密度Jsc=11.27mA/cm2。第三章中，我们在活性层内部掺杂一定比例的Ag纳米粒子，增加活性层内部对光的反射，提高活性层对光的吸收，制备出了高效的聚合物太阳能电池。经过多次实验证明，当Ag纳米粒子的掺杂比例为5%时，器件的短路电流密度最大Jsc=12.0mA/cm2，器件的转换效率为3.9%。最后一章中，我们研究了不同的双组分溶剂对于聚合物太阳能电池器件性能的影响。实验发现，1,2,4-三氯苯减缓了溶剂挥发的速率，器件内的聚合物分子排列有序性增加，活性层内聚合物的相分离程度达到合适的水平，提高活性层对光的吸收以及载流子的迁移率，进而提高了器件的短路电流密度和填充因子，优化了器件的性能。关键词活性层修饰P3HT层Ag纳米粒子双组分溶剂短路电流密度填充因子IAbstractAbstractOrganicsolarcellshavemanyadvantages,suchaslight,compatibilitywithflexiblesubstrates,easytofabricate,lowcostandsoon.Moreandmoreresearchersandenterpriseshaveseenthehugeprospectsofthiskindofcellsandpaidmuchattentiontothis.Duringthethirtyyears,thepowerconversionefficiencyoforganicsolarcellshasrisenfromlessthan0.1%to12.6%.Still,therearemanyhighefficiencydevicesemerging.Allthesepredictthatorganicsolarcellscanmakeabetterlivingandproductionconditionforpeople.Nowadays,themostwidelystudiedpolymersolarcellswasthepolymerbulkheterojunctionsolarcellswithpoly(3-hexylthiophene)(P3HT)aselectrondonormaterialsand[6,6]-phenylC60-butyricacidmethyleater(PCBM)aselectronacceptormaterials.Inthispaper,wemainlystudiedtheP3HT:PCBMpolymerbulkheterojunctionsolarcells.Ourpurposewastofindwaysofimprovingtheshortcircuitcurrentdensityandthefillfactorandtofurtherenhancetheperformanceofthedevices.Inthesecondchapter,wespin-castedaP3HTlayerontopofholetransportinglayerPEDOT:PSSandstudiedtheperformanceofthedeviceswhichweremadeafterthat.BychangingthethicknessofP3HTlayer,weoptimizedtheverticalphaseseparationoftheac