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基于液晶的半透明聚合物太阳能电池性能研究

关注热度:93   来源:新能源学术论文  作者:杨启满
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【摘要】:聚合物太阳能电池具有诸多优点:成本低廉、制造工艺简单、可卷曲弯折、安全性能高、稳定性强、能大面积制备,具有非常广阔的应用前景,一直备受研究者的广泛关注。本文主要就聚合物太阳能电池的发展历史、发展现状及如何优化存在的问题进行了探讨,并从另一个重要方向:半透明电池进行研究。在半透明电池的基础上加入液晶材料,制备成液晶半透明电池,研究最佳活性层厚度优化了液晶半透明电池,然后把窄带隙材料PBDTTT-C-T应用到液晶半透明电池中。研究的目的是为了获得较高的能量转换效率,继而可以实现商业化生产。 本文首先选择P3HT和PC_(71)BM制备成标准电池。为了制备半透明电池,对标准电池的AL的不同厚度的透射性进行了测试,得出当AL电池超过60nm时电池透射率几乎为0。然后在标准电池的基础上,把不透明的AL阴极用新材料ZnS代替一部分,制备成半透明的阴极,进而制备成半透明的电池,并把以AL和ZnS混合为阴极的半透明电池进行透射率的测试,得出当阴极制备条件为25nmAL和50nmZnS混合时,电池的透射率接近15%,效率达到2.3%。 另外论文引入了液晶材料作为半透半反层。选择了两种液晶材料LC242和LC756,液晶LC242是全能向行的,作为聚合物的补偿膜成分,液晶LC756是具有手性性质的胆甾相液晶,可作为聚合物的补偿膜成分又具有旋光作用,当LC242和LC756以质量比95.53:4.47相配比,以半玻片作为液晶材料基底可以反射523为主波长带宽80nm左右的光,与P3HT和PC_(71)BM的吸收谱的峰值刚好吻合,利用液晶反射层使半透明的电池的效率由2.3%提升到2.71%。当和AL电极制备成的全反射层不透明电池进行对比,发现虽然AL全反射层电池的效率3.01%比液晶材料作为反射层的电池效率2.83%要高,但是AL电极作为全反射层后电池不是半透明,所以继续选择液晶材料进行深入研究。 最后,在对液晶材料进行大量研究后,为了优化液晶材料作为反射层的半透明电池,我们从溶剂选择,活性层厚度,阴极的处理,液晶膜的制作工艺各个方面都进行了优化。最后在活性层厚度为200nm时,得到电池短路电流达到最大11.2mA/cm2,光电转换效率达到3.01%。在研究成果相对成熟,引入了新型的窄带隙材料PBDTTT-C-T,再配制新比例的LC242和LC756液晶材料,使这种新窄带隙的电池效率从6.21%提到到6.69%。
【关键词】:聚合物太阳能电池 液晶材料 半透明 活性层厚度 反射层
【学位授予单位】:河北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第1章 有机太阳能电池发展综述11-18
  • 1.1 引言11
  • 1.2 有机太阳能电池的发展历史及现状11-13
  • 1.3 聚合物有机太阳能电池的工作原理13-16
  • 1.3.1 聚合物太阳能电池的等效电路14-15
  • 1.3.2 伏安特性曲线15
  • 1.3.3 性能参数分析15-16
  • 1.3.4 电池的性能测试16
  • 1.4 本文的主要工作16-18
  • 第2章 标准聚合物电池和半透明阴极的制备18-26
  • 2.1 引言18
  • 2.2 聚合物太阳能电池的设计18-20
  • 2.2.1 常用的给体材料和受体材料18-19
  • 2.2.2 聚合物太阳能电池的结构19-20
  • 2.2.3 实验仪器20
  • 2.3 标准器件制备及测试20-22
  • 2.4 提高性能的途径22
  • 2.5 半透明电池的制备22-26
  • 第3章 半透明液晶材料的聚合物太阳能电池应用研究26-35
  • 3.1 引言26
  • 3.2 液晶反射层对电池的性能影响研究26-34
  • 3.2.1 液晶材料26-28
  • 3.2.2 器件的制备及测试28-30
  • 3.2.3 实验结果分析30-34
  • 3.3 小结34-35
  • 第4章 半透明液晶材料的聚合物太阳能电池优化35-39
  • 4.1 引言35
  • 4.2 活性层厚度对液晶电池的性能影响研究35-36
  • 4.3 液晶材料在新型窄带隙活性层材料电池中的应用36-38
  • 4.3.1 实验材料和电池的制备37-38
  • 4.3.2 实验结果与分析38
  • 4.4 小结38-39
  • 结束语39-41
  • 参考文献41-45
  • 致谢45-46
  • 攻读硕士期间取得的科研成果46


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关键词: 聚合物太阳能电池

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