基于P3HT:PCBM的柔性有机太阳能电池的研究

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柔性太阳能电池,是薄膜太阳能电池的一种,可以应用于太阳能背包、太阳能帐篷、太阳能汽车、太阳能帆船上。柔性太阳能的一个重要应用领域是光伏建筑一体化,它可以集成在窗户或房屋内外墙上。在许多方面柔性太阳电池发挥着重要而不可替代的作用,此外柔性太阳电池可以应用卷对卷制作技术,方便于大面积制作,这使得它的成本大大的降低,大范围商业化的潜力巨大,因此本文选择柔性有机太阳能电池为研究课题,并从器件结构上对其进行分析和改进。柔性太阳电池是现代许多移动电子设备的理想能量来源。可弯曲、重量轻已经成为充电设备的一个重要要求,本文的研究对象就是柔性有机太阳能电池。本文详细分析了影响有机太阳能电池效率的主要原因,着重从两个方面展开探索,一个是太阳电池的阳极缓冲层,另一个是新型的电池阳极,从基本结构上对柔性太阳电池进行改进,以期达到提高光电转换效率的最终目的。有机太阳能电池的阳极缓冲层对电池的性能影响很大,是我们必须不断改进的一个重要环节,本文中创造性地使用两种不同的材料,组合形成阳极缓冲层,并以P3HT:PCBM为活性层制备双缓冲层有机太阳能电池,以旋涂法和蒸镀法为制备手段,通过对材料厚度和组合顺序的优化来增强器件的性能。为了深入研究双缓冲层的效果,我们另外制备了两组单缓冲层的器件作为对比实验,器件结构为:第一组,ITO/PTFE/P3HT:PCBM/PTFE/Al;第二组,ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/PTFE/Al;第三组,ITO/PTFE/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/PTFE/Al。实验测定了太阳电池的光伏特性,并对其成因进行了系统的分析与讨论。结果显示,双缓冲层器件的短路电流(Jsc)提高2.43%,填充因子(FF)提高9.38%,光电转换效率(PCE)提高了6.7%。本文对太阳电池的阳极电极进行了探索,并使用刷涂法制备电极以及活性层薄膜来改善材料的成膜形态,采用在PEDOT层内嵌入PTFE的方法改善电极的电荷传输性质,经过透明度测试,导电率测定,光谱吸收的测定,以及最终的I-V曲线的测定,证明了多重电极的可靠与稳定。并通过改变多重电极中PTFE的厚度制备了最接近ITO电极性质的器件。我们制备了多组基于多重电极的太阳电池器件,最高的效率可以达到2.98%。
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