基于窄禁带有机材料的柔性太阳能电池研究

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有机太阳能电池具有轻薄、制备简单、价格低廉以及耐弯曲等特点在最近几年受到广泛关注，尤其是较好的机械柔性使其在各个领域具有更广阔的应用前景。目前限制有机太阳能电池商用的缺陷主要是较低的效率和稳定性，使用反型结构可以明显改善有机太阳能电池的稳定性，但是反型有机太阳能电池中阴极缓冲层的制备过程中通常需要高温退火，较高的退火温度限制了其在柔性电子领域应用。本文的主要工作是研究在低温工艺条件下以窄禁带有机半导体材料PTB-7作为吸光层制备高性能、高可靠性的柔性有机太阳能电池。
　　本研究主要内容包括：⑴在反向结构有机太阳能电池中，阴极缓冲层对电池器件性能有着无比重要的影响，常用的阴极缓冲层材料有 TiO2，Al2O3和 ZnO。其中氧化锌具有廉价、环保、电子迁移率高等特点受到关注，但是常用的制备 ZnO阴极缓冲层的方法（如溶胶凝胶法）需要高温条件（>300°C）退火才能达到良好的性能。我们基于PTB-7:PC71BM有机活性层，使用水溶液法替代溶胶凝胶法制备氧化锌阴极缓冲层，在低温条件下制备高性能反向有机半导体太阳能电池。本研究中使用水溶液法制备出结构为 PET/ITO/ZnO/PTB-7:PC71BM/MoO3/Ag的柔性有机太阳能电池在最高150°C的工艺条件下功率转换效率可以达到7.68％，并且制备出来的柔性电池器件表现出了不错的可靠性以及机械稳定性，在以0.8cm为曲率半径弯曲1000次以后器件性能约维持在最初的93%。在空气中储存240h，直接接触水汽氧气的环境下电池性能保持为原来85%。⑵使用PEIE修饰ZnO作为阴极缓冲层，在不提升工艺温度的条件下改善有机太阳能电池的性能，结构为PET/ITO/ZnO/PEIE/PTB-7:PC71BM/MoO3/Ag的柔性电池器件功率转换效率提升至8.12%，高于纯 ZnO薄膜作为阴极缓冲层的电池器件的功率转换效率（7.68%）。在对纯ZnO薄膜、纯PEIE薄膜、ZnO/PEIE双层膜、PEIE/ZnO双层膜的透光性、形貌、亲水性进行研究中，我们发现PEIE修饰ZnO除了能降低ITO/ZnO的功函数以外，还可以降低原ZnO薄膜的粗糙度，改善界面接触，进而使太阳能电池器件的Jsc和FF升高，电池器件性能增强。使用ZnO/PEIE双层膜阴极缓冲层的电池器件在弯曲中展现出不错的机械稳定性，0.8cm为曲率半径弯曲1000次后性能保持为原来92.8%。

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作者
张骏驰;
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作者单位

西安电子科技大学;

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授予单位西安电子科技大学;
学科集成电路工程
授予学位硕士
导师姓名游海龙,顾铠;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类太阳能电池;材料分析和计算;
关键词
窄禁带有机材料; 柔性太阳能电池; 电子迁移; 退火工艺;

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