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钙钛矿/有机小分子复合太阳能电池材料与器件的研究

关注热度:217   来源:新能源学术论文  作者:郭鹏智
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【摘要】:当前,有机小分子/无机化合物钙钛矿型太阳能电池正在快速的发展。在很短的时间内,将转换效率提高到了20%,而且在工艺和成本方面表现出了很大的优势。而在该类电池的组成中,空穴传输层作为一种即传输空穴又阻挡电子,是影响电池性能的关键部分。因此,研究者对空穴传输材料(HTM)的设计和合成正在不断的探索,这对钙钛矿型太阳能电池器件性能和能量转换效率的提高具有非常重要的意义。为了能够设计并合成性能优良的空穴传输材料,本论文中设计并合成了以蒽和联蒽为核,对甲氧基二苯胺和对甲氧基三苯胺为端基的小分子化合物ATA、ATTA、BATA和BATTA,分别对这几种化合物的结构特征和光伏性能进行了表征和研究,主要内容如下:在第二章中,化合物ATA和ATTA的带隙分别是2.18eV和2.58eV。其HOMO分别为-5.10eV和-5.12 eV;LUMO分别为-2.67eV和-2.48eV。以它们分别作为空穴传输材料制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/HTM/Perovskite/PC61BM/Ca/Al的钙钛矿型太阳能电池器件,对不同厚度的化合物ATA和ATTA进行光伏器件的测试,发现最优的厚度都是2000r40s。在标准太阳光AM 1.5G(100 mW/cm2)的太阳光模拟器照射下进行测试;以化合物ATA为空穴传输材料的钙钛矿型太阳能电池的的能量转换效率(PCE)7.04%,开路电压(Voc)0.85 V,短路电流(Jsc)12.02 mA cm-2,填充因子(FF)69%;而以化合物ATTA为空穴传输材料的钙钛矿型太阳能电池的的PCE是5.98%,Voc是0.84 V,Jsc为10.75 mA cm-2,FF为66%。第三章中,化合物BATA和BATTA的带隙分别是2.30 eV和2.64 eV,HOMO能级分别是-5.08 eV和-5.20 eV;LUMO能级分别是-2.78 eV和-2.56 eV。以它们分别作为空穴传输材料做了器件结构和前面同样的器件,而且在同样的测试环境下进行试验,测试了不同厚度空穴传输层的光伏器件,最优厚度分别为2000r 40s和1500r 40s。在模拟标准太阳光的照射下进行测试;化合物BATA作为空穴传输材料的钙钛矿型太阳能电池的PCE是8.24%,Voc是0.89 V,Jsc是14.28 mA cm-2,FF是64%;化合物BATTA作为空穴传输材料的钙钛矿型太阳能电池的PCE是5.12%,Voc是0.87 V,Jsc是9.22 mA cm-2,FF是63%。第四章中,合成了电子给体单元5,10-双(4,5-二癸基噻吩)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(DTBDT),通过了给体单元(DTBDT)和受体单元苯并噻二唑的衍生物,合成了两种新型的共轭聚合物PDTBDT-BT和PDTBDT-FBT。通过制备ITO/PFN(10 nm)/PDTBDT-BT:PC71BM/MoO3(10 nm)/Ag和ITO/PFN(10 nm)/PDTBDT-FBT:PC71BM/MoO3(10 nm)/Ag的倒置器件,在模拟标准太阳光照射下进行测试,制备了活性层分别是PDTBDT-BT/PDTBDT-FBT和PC71BM的质量比是1:2的器件。在PDTBDT-BT:PC71BM(1:2)的厚度为220 nm时其器件的PCE是8.54%,Voc是0.81 V,Jsc是15.2 mA cm-2,FF是69.2%;PDTBDT-FBT:PC71BM(1:2)当其膜厚为210 nm时器件的PCE是8.74%,Voc是0.91 V,Jsc是15.4 mA cm-2,FF是62.5%。
【关键词】:钙钛矿 聚合物 光伏性能 能量转换效率
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-10
  • 1 绪论10-19
  • 1.1 引言10
  • 1.2 钙钛矿型太阳能电池简介10-16
  • 1.2.1 钙钛矿晶体的结构10-11
  • 1.2.2 钙钛矿型太阳能电池的结构11-12
  • 1.2.3 钙钛矿型太阳能电池的工作原理12
  • 1.2.4 钙钛矿型太阳能电池材料与器件的发展简述12-14
  • 1.2.5 空穴传输材料的发展简述14-16
  • 1.3 钙钛矿型太阳能电池的性能参数16-17
  • 1.4 本论文的设计思想和内容17
  • 1.5 本论文研究课题的创新性17-19
  • 2 蒽类衍生物在钙钛矿型太阳能电池中的应用及表征19-32
  • 2.1 引言19-20
  • 2.2 实验部分20-23
  • 2.2.1 实验所用仪器设备20
  • 2.2.2 表征设备与仪器20
  • 2.2.3 ITO基片的标记与清洗20-21
  • 2.2.4 原料与试剂21
  • 2.2.5 化合物ATA和ATTA的合成21-23
  • 2.3 结果与讨论23-31
  • 2.3.1 化合物ATA和ATTA的表征23-26
  • 2.3.2 化合物ATA和ATTA的热学性质26
  • 2.3.3 化合物ATA和ATTA的吸收和发光特性26-27
  • 2.3.4 化合物ATA和ATTA的电化学性质27-28
  • 2.3.5 化合物ATA和ATTA的光伏性能28-31
  • 2.4 本章小结31-32
  • 3 联蒽类衍生物在钙钛矿型太阳能电池中的应用及表征32-44
  • 3.1 引言32
  • 3.2 实验部分32-34
  • 3.2.1 原料和试剂32-33
  • 3.2.2 表征设备与仪器33
  • 3.2.3 有机化合物BATA和BATTA的合成33-34
  • 3.3 结果与讨论34-42
  • 3.3.1 化合物BATA和BATTA的合成及表征34-37
  • 3.3.2 化合物BATA和BATTA的热学性质37
  • 3.3.3 化合物BATA和BATTA的吸收和发光特性37-38
  • 3.3.4 化合物BATA和BATTA的电化学性质38-39
  • 3.3.5 化合物BATA和BATTA的光伏性能39-42
  • 3.4 本章小结42-44
  • 4 5,10-双(4,5-二癸基噻吩)二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩与苯并噻二唑衍生物共轭聚合物的合成及性能研究44-58
  • 4.1 引言44-45
  • 4.2 实验部分45-49
  • 4.2.1 原料与试剂45
  • 4.2.2 表征设备与仪器45
  • 4.2.3 单体及聚合物的合成45-49
  • 4.3 结果与讨论49-56
  • 4.3.1 单体及共聚物的合成与表征49-50
  • 4.3.2 共轭聚合物的热稳定性50-51
  • 4.3.3 共轭聚合物的紫外吸收和发光特性51-52
  • 4.3.4 共轭聚合物的电化学性质52-53
  • 4.3.5 共轭聚合物的光伏性能53-56
  • 4.4 本章小结56-58
  • 结论58-60
  • 致谢60-61
  • 参考文献61-66
  • 攻读学位期间的研究成果66


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关键词: 钙钛矿

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