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体异质结有机太阳能电池性能提高的研究

光谱学与光谱分析 2008年第4期28卷 740-744页

作者：苏梦蟾衣立新汪洋时玉萌梁春军北京交通大学光电子技术研究所发光与光信息技术教育部重点实验室北京100044 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070 浙江理工大学理学院浙江杭州310018

制备了四种不同结构的有机太阳能电池器件,器件1ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C60/Al、器件2ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C60/Al、器件3ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C60/C60/Al和器件4ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C60/C60/Al。测量了它们的电流-电压特性,结果显示在ITO和PEDOT∶PSS之间插入一薄层LiF使得器件性能得到较大提高。其器件1的JSC和FF比器件2的提高了74%和31%;器件3的JSC比器件4的提高了约40%。这主要是由于LiF层有效地抑制了空穴向阳极的传输,并且LiF层在ITO和PEDOT:PSS之间形成了良好的界面特性。因此,这种结构上的改进有效地提高了有机太阳能电池的性能。

关键词：有机太阳能电池氟化锂短路电流密度(JSC) 开路电压(VOC) 体异质结填充因子(FF)

体异质结型聚合物太阳能电池中的微观形貌调控方法

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化学进展 2017年第4期29卷 400-411页

作者：康建喜王世荣孙孟娜刘红丽李祥高天津大学化工学院天津300350 天津化学化工协同创新中心天津300072 天津市功能精细化学品技术工程中心天津300072

体异质结型聚合物太阳能电池因具有成本低、质量轻、制备工艺简单和柔韧性好等优点,成为光伏技术领域的研究热点,其能量转化效率超过11%。体异质结层作为体异质结型聚合物太阳能电池的核心,其微观形貌影响体异质结型聚合物太阳能电池的... 详细信息

体异质结型聚合物太阳能电池因具有成本低、质量轻、制备工艺简单和柔韧性好等优点,成为光伏技术领域的研究热点,其能量转化效率超过11%。体异质结层作为体异质结型聚合物太阳能电池的核心,其微观形貌影响体异质结型聚合物太阳能电池的开路电压、填充因子和短路电流,进而影响其能量转化效率。因此如何有效调控体异质结的微观形貌是提高体异质结型聚合物太阳能电池能量转换效率的关键问题之一。本文系统介绍了体异质结的形成过程,总结和论述近年发展的体异质结的微观形貌调控方法,以期为体异质结型聚合物太阳能电池的制备提供指导和借鉴。

关键词：体异质结能量转换效率太阳能电池微观形貌

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体异质结有机光伏电池物理性能模拟

太阳能学报 2010年第8期31卷 983-987页

作者：李卫民郭金川孙秀泉周彬华中科技大学光电子科学与工程学院武汉430074 深圳大学机电与控制工程学院深圳518060 深圳大学光电工程学院深圳518060 深圳大学电子科学与技术学院深圳518060

基于光学干涉效应和载流子传输理论建立体异质结有机光伏电池模型。模拟分析了体异质结光伏电池有机层厚度与激子产生率、载流子密度以及短路电流密度之间的关系,并通过实验进行验证。体异质结有机光伏电池物理性能模拟为提高电池的光... 详细信息

基于光学干涉效应和载流子传输理论建立体异质结有机光伏电池模型。模拟分析了体异质结光伏电池有机层厚度与激子产生率、载流子密度以及短路电流密度之间的关系,并通过实验进行验证。体异质结有机光伏电池物理性能模拟为提高电池的光电转换效率提供理论基础。

关键词：有机光伏电池载流子体异质结模拟

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体异质结型聚合物太阳电池

化学进展 2011年第5期23卷 991-1013页

作者：高玉荣马廷丽大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室大连116012

聚合物太阳电池因具有重量轻、制备工艺简单、成本低等特点近年来受到了国内外的广泛关注。其中体异质结型聚合物太阳电池(bulk heterojunction polymer solar cell,BHJ-PSC)是目前报道的具有高性能的器件之一。本文系统地综述了BHJ-PS... 详细信息

聚合物太阳电池因具有重量轻、制备工艺简单、成本低等特点近年来受到了国内外的广泛关注。其中体异质结型聚合物太阳电池(bulk heterojunction polymer solar cell,BHJ-PSC)是目前报道的具有高性能的器件之一。本文系统地综述了BHJ-PSC的最新研究进展。首先介绍了BHJ-PSC的结构及工作原理。其次重点介绍了影响太阳电池性能的给体和受体材料的最新研究成果。另外详细地介绍了影响活性层形貌的几个重要因素,例如共混溶剂和添加剂、给体受体比例以及退火条件等。同时对叠层和反型BHJ-PSC进行了介绍。最后,针对BHJ-PSC存在的问题提出了解决方案并对聚合物太阳电池的应用前景进行了展望。

关键词：体异质结聚合物太阳电池给体材料受体材料形貌器件结构

基于体异质结和双层异质结有机太阳能电池的研究

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基于体异质结和双层异质结有机太阳能电池的研究

作者：张倩电子科技大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池（Organic Solar Cells,OSCs）由于具有污染小、易制备、适用范围广的特点被认为是最有希望的可再生能源技术之一。由于给受体之间的充分接触利于激子的扩散和解离,OSCs中体异质结（Bulk Heterojunction,BHJ）结构是目前... 详细信息

有机太阳能电池（Organic Solar Cells,OSCs）由于具有污染小、易制备、适用范围广的特点被认为是最有希望的可再生能源技术之一。由于给受体之间的充分接触利于激子的扩散和解离,OSCs中体异质结（Bulk Heterojunction,BHJ）结构是目前最为常见的器件结构,在这种结构中引入第三种组分构建三元OSCs是常见的OSCs性能优化策略,但额外组分的引入导致形貌调控更为复杂。双层异质结结构由于其给受体之间的垂直分布更加有利于电荷传输和收集,从而有效提升器件性能,成为近年OSCs的研究热点。本文通过结合体异质结和双层异质结太阳能电池固有的优点,在不同器件结构上引入第三种组分实现性能提升。主要研究内容如下:1.在BHJ电池的活性层上单独旋涂一层掺杂添加剂的第三组分,调控给受体在垂直方向的分布、促进电荷传输、提升器件性能。选择基于经典全聚合物体系PBDB-T:N2200的BHJ电池,在其活性层上旋涂一层小分子材料香豆素7（Coumarin7,C7）,当C7浓度为0.5 mg/m L时,器件功率转化效率（Power Conversion Efficiency,PCE）从初始器件的6.32%大幅提升至8.14%。形貌表征证明了C7小分子填充到聚合物的间隙中从而有效改善了给受体的垂直分布。进一步地在C7溶液中引入一定比例的添加剂DIO,当DIO比例为1%时,器件的PCE提升到8.89%。相关形貌和电学测试结果表明,DIO优化后的器件获得了更好的相分离和更平衡的电荷传输。更为重要的是,在C7溶液中引入添加剂DIO的器件经过光照和加热150 min后,仍保持初始效率的82%和81%,而未优化器件仅保持71%和52%。2.在双层异质结结构给体层中掺杂与其分子结构相似的第三种材料,调控给体层形貌、改善载流子的传输与平衡,提升器件性能。选择基于D18-Cl/Y6的双层异质结器件,通过在给体层（D18-Cl层）中加入一定比例的与D18-Cl结构相似、相容性较好的聚合物材料PTO2有效调控给体层形态。D18-Cl:5%PTO2/Y6器件实现了17.65%的PCE,相较D18-Cl/Y6对比器件（16.60%）有明显提高。形貌测试结果表明加入适当比例的PTO2可以有效调控给体层的结晶度、粗糙度、相分离等,电荷动力学测试证明该方案也更加有利于载流子的传输与平衡。同时,器件在光照和加热条件下的储存稳定性也有显著提升。本文提出在体异质结和双层异质结的器件结构中引入第三种组分的策略,为制备高性能的OSCs提供了可行方案。

关键词：有机太阳能电池体异质结双层异质结形貌

以分子相互作用参数为指导制备三元体异质结有机太阳能电池

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以分子相互作用参数为指导制备三元体异质结有机太阳能电池

作者：李中曦北京交通大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池以其材料来源丰富、环保友好、成本低廉、设计灵活、质量轻巧、柔性透明等优点广受研究者青睐,具有广阔的发展前景和巨大的潜力。采用三元策略能够简便而高效地提升有机太阳能电池器件的性能,但有机材料结构的有序度较低... 详细信息

有机太阳能电池以其材料来源丰富、环保友好、成本低廉、设计灵活、质量轻巧、柔性透明等优点广受研究者青睐,具有广阔的发展前景和巨大的潜力。采用三元策略能够简便而高效地提升有机太阳能电池器件的性能,但有机材料结构的有序度较低,常规的结构检测手段通常难以得到关于其结构有序性的信息,导致常规实验室中的材料筛选等研究无法快速高效展开。本论文首先通过组合聚合物给体和非富勒烯受体构建并优化二元有机太阳能电池,并引入分子相互作用参数为指导依据来分析缺乏高度有序性的有机聚合物体系中的相互作用,并预测其对形貌产生的影响。对比现有的非富勒烯小分子受体,挑选数种受体作为第三组分分别添加到基础体系中,择优筛选最佳第三组分,并对三元器件做了系统的测试表征以理解其对器件性能产生影响的机理。主要研究内容如下:(1)采用聚合物给体PTO2和非富勒烯小分子受体IT-4F为活性层组合制备二元有机太阳能电池,通过优化给受体质量比、活性层薄膜厚度、退火温度和退火时间以及溶剂添加剂等工艺,得到最优器件制备条件。最佳器件为效率为13.56%,比未经过优化的器件提升了16.2%。(2)计算PTO2与各类非富勒烯受体之间的Flory-Huggins分子相互作用参数,选取IT-4Cl、Y7、BTP-ec9作为第三组分制备三元器件并对它们的各项光伏响应参数进行对比,得出当以BTP-ec9为第三组分且活性层组分质量比为PTO2:IT-4F:BTP-ec9=1:0.7:0.3时,器件的效率优化效果最好,得到最优的光电转换效率为15.26%,相比二元器件提升了12.54%。经过AFM形貌表征、激子产生和解离概率的计算、载流子迁移率的计算、交流阻抗谱等一系列测量和表征,发现BTP-ec9的加入让器件内部的激子的产生速率和解离概率明显提高、载流子迁移更加高效且更加平衡,且对薄膜的形貌及粗糙度几乎没有影响,除此之外薄膜的疏水性也有所提升。经过对比,得出的结论为:在结合吸收光谱范围的拓宽和能级匹配的基础上,当原本给受体材料的分子相互作用参数较大的情况下,选择与给体间分子相互作用参数更小且与原受体的溶解度参数差异更大的受体作为第三组分可以期望对器件的性能得到有效的提升。本论文中包含:图25幅,表17个,参考文献70篇

关键词：有机太阳能电池体异质结三元策略分子相互作用参数载流子迁移激子解离表面能溶解度参数

利用铁电薄膜研究体异质结型有机光伏器件的光电流极性

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物理化学学报 2012年第1期28卷 217-222页

作者：李博浙江工业大学理学院应用物理系杭州310023

制备了铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)铁电薄膜,并通过紫外-可见(UV-Vis)透射光谱、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对其进行了表征.为了研究体异质结型有机共混膜的光电流特性,制作了氧化铟锡(ITO)/PMN-PT/有机共混膜/铝(Al)的光伏器件,... 详细信息

制备了铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)铁电薄膜,并通过紫外-可见(UV-Vis)透射光谱、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对其进行了表征.为了研究体异质结型有机共混膜的光电流特性,制作了氧化铟锡(ITO)/PMN-PT/有机共混膜/铝(Al)的光伏器件,调制激光照射下外加偏压的极性和大小变化将直接改变瞬态光电流的极性和大小,从而可在实验上证明传统体异质结型有机光伏器件的光电流极性是由器件阴、阳电极的功函数差所导致的内建电场的方向决定.同时也提出了一种利用铁电薄膜来研究体异质结型有机光伏器件光电流特性的新方法.

关键词：铁电薄膜有机物光伏器件体异质结瞬态光电流铌镁酸铅-钛酸铅极性

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基于高效体异质结的聚合物太阳电池研究

半导体光电 2014年第4期35卷 572-576,605页

作者：于运科杜艳丽李德阳马凤英弓巧侠郑州大学物理工程学院郑州450001

介绍了体异质结聚合物太阳电池的基本原理,并分析了限制体异质结有机太阳电池转化效率的因素。从提高激子的产生效率及其解离效率、电极对电荷的引出效率、电池的稳定性以及电池的光谱吸收范围四个方面,综述了提高体异质结聚合物太阳电... 详细信息

介绍了体异质结聚合物太阳电池的基本原理,并分析了限制体异质结有机太阳电池转化效率的因素。从提高激子的产生效率及其解离效率、电极对电荷的引出效率、电池的稳定性以及电池的光谱吸收范围四个方面,综述了提高体异质结聚合物太阳电池能量转化效率的方法。

关键词：体异质结聚合物太阳电池能量转化效率激子

体异质结聚合物太阳能电池的器件优化与性能研究

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体异质结聚合物太阳能电池的器件优化与性能研究

作者：雷雨苏州大学

学位级别：硕士

过去二十年,基于体异质结聚合物太阳能电池的研究长期备受关注,电池的器件效率也一直得到稳步的提高。全球各地的光伏科研工作者无时无刻不在想尽办法不断提升太阳能器件的性能并期待最终实现低成本的大规模商业化生产。本文综述了体异... 详细信息

过去二十年,基于体异质结聚合物太阳能电池的研究长期备受关注,电池的器件效率也一直得到稳步的提高。全球各地的光伏科研工作者无时无刻不在想尽办法不断提升太阳能器件的性能并期待最终实现低成本的大规模商业化生产。本文综述了体异质结聚合物太阳能电池的发展历程,通过展开大量的器件优化工作,研究了聚合物给体侧链长度对聚合物-富勒烯太阳能电池的影响以及聚合物受体分子量大小对聚合物-聚合物太阳能电池的作用。在聚合物-富勒烯体系太阳能电池中,C和C及其衍生物PCBM和PCBM是应用得最广泛的一类受体材料。本文试图采用调节新合成的系列给体聚合物PBDs的侧链长度作为一种器件优化的手段,通过调控侧链与受体材料产生不同的作用,改变器件的光学、电学、结构以及形貌特性,从而进一步影响器件的光电转换效率。通过将PBDs与PCBM混合成膜制备器件,分析侧链长度变化与器件性能差异的关系,对将来通过侧链修饰来优化器件的工作有一定的借鉴意义。另外,通过比较基于C、C与PCBM受体的器件性能,为球碳在特定给体体系下取代其衍生物带来一定猜想。在聚合物-聚合物体系太阳能电池中,我们采用具有较高电子迁移率,较强电子结合能并且在近红外波长范围有一定光吸收能力的P(NDI2OD-T2)(也命名为N2200)作为受体材料,通过控制其不同的聚合反应时间,得到了一系列不同分子量的N2200聚合物。我们发现调节N2200的分子量大小可对聚合物的聚集状态与薄膜形貌产生不可忽视的作用,进一步影响了器件的激子分离与电荷传输效率,并最终左右器件的性能表现。通过选取适当分子量的N2200作为受体,我们获得了效率为4.81%的高效全聚合物太阳能电池,为此,我们强调分子量优化对于器件性能的有效提升十分关键,应将其视为器件优化的基本手段之一。

关键词：体异质结聚合物太阳能电池相分离分子量