本文主要研究内容
作者张馨元（2019）在《纳米材料在有机太阳能电池中的应用研究》一文中研究指出：有机太阳能电池（OSCs）在新型绿色能源的研究领域占据着举足轻重的地位。着眼于光转换电的过程中效率及能量的损失机制,从光与电的角度协同探索,使得器件的效率得以不断的刷新突破,包括对电池器件展开材料的创新设计、结构的改进和工艺的改良与升级。即便电池效率正不断逼近产业化可用的标准,想要进一步冲出效率制约关卡,却不能单独凭借材料与工艺的突破,因此界面工程也愈发凸显其重要地位。本文通过利用具有独特优势的纳米材料来调节OSCs器件中的界面,即异质结内部激子解离界面和各功能层之间的界面,来实现用简易环保的方法提高光伏电池的性能。综合对器件的光子利用,界面特性,以及电荷传输行为各方面的分析,找到利用纳米材料提高器件性能的突破口。针对反置器件性能及稳定性,做了以下几个部分的探究:针对反置电池中电子传递层常用材料二氧化钛（TiO2）纳米膜存在表面缺陷以及与有机活性层接触不够理想的缺点开展界面修饰。通过引入具有羧基（-COOH）官能团的碳量子点,使其可以通过简单的自组装方式成为金属氧化物的界面修饰层,通过调节碳量子点溶液的浓度就可以调节自组装膜的特性。该量子点可以填补TiO2膜表面缺陷,改变阴极缓冲层的表面功函数,使其更接近于异质结中受体材料的LUMO能级,更加利于电子载流子的抽取,减少界面处的电子由于不能及时抽取而累积造成的损失,减少陷阱对载流子的俘获,从而提高光电流。此外,自组装修饰后的阴极缓冲层,与有机活性层的接触也得到了优化,有利于器件串联电阻的减小。我们分别使用两种不同活性层体系PCDTBT:PC71BM和P3HT:PC60BM组装了电池器件,分别实现效率19.77%和18.50%的提高。对反置器件中另一常见电子传输层氧化锌（ZnO）纳米膜的厚度对器件性能的影响展开了研究。同时利用聚乙烯亚胺（PEI）分子对纳米膜表面进行钝化,找到最佳器件工作条件下复合膜ZnO/PEI中ZnO层的厚度。在单独使用ZnO作为电子传输层的器件中,当ZnO纳米层的厚度为30 nm时,两种不同活性层PTB7:PC71BM和P3HT:ICBA器件分别实现7.52%和5.36%的效率。通过PEI修饰的复合膜器件,当ZnO层厚度为26 nm时,器件实现最高的优化效率,分别为9.43%和7.07%。减薄的ZnO膜提供了更理想的粗糙度,有效覆盖的PEI钝化了纳米膜表面缺陷和裂隙,抑制漏电的可能,为活性层提供一个更好的成膜衬底从而实现更好的相分离,更有利于电荷的分离和抽取,从而提高器件性能。基于以上探究,设计了基于活性层掺杂PEI分子,实现对阴极界面缓冲层界面的自组装修饰的实验,最终实现器件界面特性的优化。将具有优异的光电性能的碳纳米粒子,掺杂到聚合物P3HT与ICBA共混体系中,通过调节掺杂浓度来实现器件性能的优化。当掺杂碳纳米粒子浓度为3wt%时,器件的效率由基础器件的4.12%提高到5.90%。活性层中掺杂该纳米粒子调节异质结内部的网络,提供了更多有利于激子的解离为电子和空穴的界面。同时,掺杂的纳米粒子可以作为散射中心,增加光路在活性层内的传播路径,提高入射光的利用率。掺杂的方法成本低,简单且有效,不增加工艺的流程,从光学和电学两方面提高了电池的工作效率。此外,我们还探索了其他纳米材料对活性层掺杂,利用NaLuF4:Yb,Tm纳米棒掺杂活性层,调节掺杂浓度,实现器件效率19%的提高。此外,还利用尺寸在1-5 nm范围内的纳米碳点对绝缘性的阴极缓冲层进行掺杂。通过光吸收散射和激子产率的测试分析,证实了掺杂的阴极缓冲层,一方面提高了活性层的光吸收利用率,促进了光生激子的生产,另一方面减小了器件的的串联电阻,增强了电子的迁移能力。通过单电子器件性能对比,未掺杂情况器件中的电子的迁移率为2.7×103cm2V-11 S-1,最佳掺杂浓度下,器件中电子的迁移率提高到5.5×103cm2V-11 S-1,证实了电子在纳米碳点掺杂的PEI阴极缓冲层器件中的传输特性提高了。掺杂浓度对薄膜的粗糙度也有较大的影响,同样会作用于活性层薄膜的形貌,当掺杂纳米碳点浓度为1.0 wt%时,激子的分离概率最高,载流子的复合损失减少,层与层之间实现更好的接触,从短路电流和填充因子两个方面同时提高,实现光电效率的优化。同时实现了器件稳定性的优化。
Abstract
you ji tai yang neng dian chi （OSCs）zai xin xing lu se neng yuan de yan jiu ling yu zhan ju zhao ju zu qing chong de de wei 。zhao yan yu guang zhuai huan dian de guo cheng zhong xiao lv ji neng liang de sun shi ji zhi ,cong guang yu dian de jiao du xie tong tan suo ,shi de qi jian de xiao lv de yi bu duan de shua xin tu po ,bao gua dui dian chi qi jian zhan kai cai liao de chuang xin she ji 、jie gou de gai jin he gong yi de gai liang yu sheng ji 。ji bian dian chi xiao lv zheng bu duan bi jin chan ye hua ke yong de biao zhun ,xiang yao jin yi bu chong chu xiao lv zhi yao guan ka ,que bu neng chan du ping jie cai liao yu gong yi de tu po ,yin ci jie mian gong cheng ye yu fa tu xian ji chong yao de wei 。ben wen tong guo li yong ju you du te you shi de na mi cai liao lai diao jie OSCsqi jian zhong de jie mian ,ji yi zhi jie nei bu ji zi jie li jie mian he ge gong neng ceng zhi jian de jie mian ,lai shi xian yong jian yi huan bao de fang fa di gao guang fu dian chi de xing neng 。zeng ge dui qi jian de guang zi li yong ,jie mian te xing ,yi ji dian he chuan shu hang wei ge fang mian de fen xi ,zhao dao li yong na mi cai liao di gao qi jian xing neng de tu po kou 。zhen dui fan zhi qi jian xing neng ji wen ding xing ,zuo le yi xia ji ge bu fen de tan jiu :zhen dui fan zhi dian chi zhong dian zi chuan di ceng chang yong cai liao er yang hua tai （TiO2）na mi mo cun zai biao mian que xian yi ji yu you ji huo xing ceng jie chu bu gou li xiang de que dian kai zhan jie mian xiu shi 。tong guo yin ru ju you suo ji （-COOH）guan neng tuan de tan liang zi dian ,shi ji ke yi tong guo jian chan de zi zu zhuang fang shi cheng wei jin shu yang hua wu de jie mian xiu shi ceng ,tong guo diao jie tan liang zi dian rong ye de nong du jiu ke yi diao jie zi zu zhuang mo de te xing 。gai liang zi dian ke yi tian bu TiO2mo biao mian que xian ,gai bian yin ji huan chong ceng de biao mian gong han shu ,shi ji geng jie jin yu yi zhi jie zhong shou ti cai liao de LUMOneng ji ,geng jia li yu dian zi zai liu zi de chou qu ,jian shao jie mian chu de dian zi you yu bu neng ji shi chou qu er lei ji zao cheng de sun shi ,jian shao xian jing dui zai liu zi de fu huo ,cong er di gao guang dian liu 。ci wai ,zi zu zhuang xiu shi hou de yin ji huan chong ceng ,yu you ji huo xing ceng de jie chu ye de dao le you hua ,you li yu qi jian chuan lian dian zu de jian xiao 。wo men fen bie shi yong liang chong bu tong huo xing ceng ti ji PCDTBT:PC71BMhe P3HT:PC60BMzu zhuang le dian chi qi jian ,fen bie shi xian xiao lv 19.77%he 18.50%de di gao 。dui fan zhi qi jian zhong ling yi chang jian dian zi chuan shu ceng yang hua xin （ZnO）na mi mo de hou du dui qi jian xing neng de ying xiang zhan kai le yan jiu 。tong shi li yong ju yi xi ya an （PEI）fen zi dui na mi mo biao mian jin hang dun hua ,zhao dao zui jia qi jian gong zuo tiao jian xia fu ge mo ZnO/PEIzhong ZnOceng de hou du 。zai chan du shi yong ZnOzuo wei dian zi chuan shu ceng de qi jian zhong ,dang ZnOna mi ceng de hou du wei 30 nmshi ,liang chong bu tong huo xing ceng PTB7:PC71BMhe P3HT:ICBAqi jian fen bie shi xian 7.52%he 5.36%de xiao lv 。tong guo PEIxiu shi de fu ge mo qi jian ,dang ZnOceng hou du wei 26 nmshi ,qi jian shi xian zui gao de you hua xiao lv ,fen bie wei 9.43%he 7.07%。jian bao de ZnOmo di gong le geng li xiang de cu cao du ,you xiao fu gai de PEIdun hua le na mi mo biao mian que xian he lie xi ,yi zhi lou dian de ke neng ,wei huo xing ceng di gong yi ge geng hao de cheng mo chen de cong er shi xian geng hao de xiang fen li ,geng you li yu dian he de fen li he chou qu ,cong er di gao qi jian xing neng 。ji yu yi shang tan jiu ,she ji le ji yu huo xing ceng can za PEIfen zi ,shi xian dui yin ji jie mian huan chong ceng jie mian de zi zu zhuang xiu shi de shi yan ,zui zhong shi xian qi jian jie mian te xing de you hua 。jiang ju you you yi de guang dian xing neng de tan na mi li zi ,can za dao ju ge wu P3HTyu ICBAgong hun ti ji zhong ,tong guo diao jie can za nong du lai shi xian qi jian xing neng de you hua 。dang can za tan na mi li zi nong du wei 3wt%shi ,qi jian de xiao lv you ji chu qi jian de 4.12%di gao dao 5.90%。huo xing ceng zhong can za gai na mi li zi diao jie yi zhi jie nei bu de wang lao ,di gong le geng duo you li yu ji zi de jie li wei dian zi he kong xue de jie mian 。tong shi ,can za de na mi li zi ke yi zuo wei san she zhong xin ,zeng jia guang lu zai huo xing ceng nei de chuan bo lu jing ,di gao ru she guang de li yong lv 。can za de fang fa cheng ben di ,jian chan ju you xiao ,bu zeng jia gong yi de liu cheng ,cong guang xue he dian xue liang fang mian di gao le dian chi de gong zuo xiao lv 。ci wai ,wo men hai tan suo le ji ta na mi cai liao dui huo xing ceng can za ,li yong NaLuF4:Yb,Tmna mi bang can za huo xing ceng ,diao jie can za nong du ,shi xian qi jian xiao lv 19%de di gao 。ci wai ,hai li yong che cun zai 1-5 nmfan wei nei de na mi tan dian dui jue yuan xing de yin ji huan chong ceng jin hang can za 。tong guo guang xi shou san she he ji zi chan lv de ce shi fen xi ,zheng shi le can za de yin ji huan chong ceng ,yi fang mian di gao le huo xing ceng de guang xi shou li yong lv ,cu jin le guang sheng ji zi de sheng chan ,ling yi fang mian jian xiao le qi jian de de chuan lian dian zu ,zeng jiang le dian zi de qian yi neng li 。tong guo chan dian zi qi jian xing neng dui bi ,wei can za qing kuang qi jian zhong de dian zi de qian yi lv wei 2.7×103cm2V-11 S-1,zui jia can za nong du xia ,qi jian zhong dian zi de qian yi lv di gao dao 5.5×103cm2V-11 S-1,zheng shi le dian zi zai na mi tan dian can za de PEIyin ji huan chong ceng qi jian zhong de chuan shu te xing di gao le 。can za nong du dui bao mo de cu cao du ye you jiao da de ying xiang ,tong yang hui zuo yong yu huo xing ceng bao mo de xing mao ,dang can za na mi tan dian nong du wei 1.0 wt%shi ,ji zi de fen li gai lv zui gao ,zai liu zi de fu ge sun shi jian shao ,ceng yu ceng zhi jian shi xian geng hao de jie chu ,cong duan lu dian liu he tian chong yin zi liang ge fang mian tong shi di gao ,shi xian guang dian xiao lv de you hua 。tong shi shi xian le qi jian wen ding xing de you hua 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自吉林大学的张馨元，发表于刊物吉林大学2019-06-25论文，是一篇关于有机太阳能电池论文,阴极缓冲层论文,界面论文,掺杂论文,纳米材料论文,吉林大学2019-06-25论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自吉林大学2019-06-25论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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