【摘要】：聚合物太陽能電池具有重量輕、環(huán)保、低消耗、易制備等優(yōu)點在新能源光伏領(lǐng)域備受關(guān)注,當前聚合物太陽能電池能量轉(zhuǎn)化效率已超過14%。傳統(tǒng)二元共混聚合物太陽能電池吸收光譜范圍較窄,光子捕獲能力較差,這很大程度上影響了太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的提高。三元共混及疊層聚合物太陽能電池可以有效拓寬器件吸收光譜范圍,將帶隙不同的給體材料共混或?qū)恫煌牟牧现苽涑勺与姵剡M行疊加,由于材料帶隙的差別活性層對光譜吸收形成互補可以拓寬太陽能電池吸收光譜范圍,提高太陽能器件的光譜利用率。本文研究在P3HT:PC_(61)BM傳統(tǒng)二元有機太陽能電池中添加第三組分PBT-T-DPP及PTT-DTNT-DT制備三元太陽能電池研究器件性能的變化,研究疊層太陽能電池以P3HT:PC_(61)BM為底電池,頂電池的活性層為PT-DTNT-DT:PC_(71)BM以及DPPT-TT:PC_(71)BM,研究疊層太陽能器件性能的變化。首先,研究了基于P3HT:PC_(61)BM中摻入不同比例的窄帶隙材料PBT-T-DPP對太陽能電池性能的影響。在加入了5%PBT-T-DPP時,能量轉(zhuǎn)換率(PCE)達到最大為3.68%,相對于P3HT:PC_(61)BM二元聚合物太陽能電池,其能量轉(zhuǎn)化率提高了16.46%,開路電壓(V_(OC)),短路電流密度(J_(SC)),填充因子(FF)等都達到最高,當加入濃度更高的PBT-T-DPP時,器件效率逐漸下降,添加5%PBT-T-DPP的三元聚合物器件,在短路電流條件下,其激子解離率(P(E,T))達到最高為84.37%,相比于二元聚合物電池提高了3.8%。然后,研究了第三組分為PTT-DTNT-DT的窄帶隙材料摻入P3HT:PC_(61)BM的三元聚合物太陽能電池的器件性能。當加入20%PTT-DTNT-DT時,器件效率達到最高為4.66%,太陽能電池性能最優(yōu)。如果摻雜溶度高于20%時,聚合物太陽能電池效率逐步降低。對器件的激子解離效率進行研究,在短路電流條件下,當摻入20%PTT-DTNT-DT時,激子解離率為94.60%達到最大,高于二元聚合物電池的激子解離率90.82%。測試器件的空穴遷移率,發(fā)現(xiàn)當摻入20%的PTT-DTNT-DT時器件的空穴遷移率最大達到1.01×10~(-3),研究器件的表面形貌發(fā)現(xiàn),當摻入20%PTT-DTNT-DT時薄膜的表面形貌最優(yōu)。接下來制備疊層太陽能電池,PT-DTNT-DT,DPPT-TT為窄帶隙材料,以PT-DTNT-DT:PC_(71)BM及DPPT-TT:PC_(71)BM為頂電池活性層材料,以P3HT:PC_(61)BM為底電池活性層材料,采用新型中間鏈接層結(jié)構(gòu)為:MoO_3/Ag/PFN,使用透射率最高的MoO_3/Ag的膜厚組合為8/1.0nm,對器件性能進行測試發(fā)現(xiàn)疊層聚合物太陽能電池開路電壓V_(OC)近似為兩個子電池電壓的疊加,制備出疊層太陽能電池最高電壓為(1.30V),電池能量轉(zhuǎn)換效率最高為3.83%,但是,電流被限制為最小的子電池的電流密度,如果可以提高疊層太陽能電池的電流密度那么疊層太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率會更高。實驗結(jié)果表明,采用窄帶隙材料PBT-T-DPP及PTT-DTNT-DT為第三組分可以大范圍拓寬三元太陽能電池器件的吸收光譜,三元聚合物太陽能電池器件性能顯著提高,制備PT-DTNT-DT:PC_(71)BM,DPPT-TT:PC_(71)BM為頂電池的疊層聚合物太陽能電池,兩個子電池的吸收光譜互補,可有效提高器件性能。
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

三元共混及疊層聚合物太陽能電池器件的研究價格昂貴，而且聚合物太陽能電池還具有可彎曲，可卷對卷大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，因此，聚合物太陽能電池的這些優(yōu)勢使其在新能源領(lǐng)域具有更廣闊的發(fā)展前景！

而且聚合物太陽能電池還具有可彎曲，可卷對卷大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，因此，聚合物太陽能電池的這些優(yōu)勢使其在新能源領(lǐng)域具有更廣闊的發(fā)展前景！圖 1.1 無機硅太陽能電池近些年，科學界與商業(yè)界對于聚合物太陽能電池的關(guān)注度越來越高，聚合物太陽能電池的發(fā)展也取得了巨大進步！1980 年，科學家首次報道了單層太陽能電池的制備表征，但是其能量轉(zhuǎn)換效率卻低于 0.1%。

三元共混及疊層聚合物太陽能電池器件的研究，并被兩極電極收集形成電流。無機太陽能電池一般由 P 型半料接觸，在接觸界面附近形成 P-N 結(jié)，在光照條件下，產(chǎn)生電擴散形成內(nèi)建電場，當光照時產(chǎn)生光生激子，很容易會分離成作用下向兩極移動形成電流，如圖 1.3 所示為聚合物太陽能電

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