有機(jī)太陽電池光學(xué)性能分析.pdf

1、隨著人類社會(huì)對(duì)能源需求的逐漸增加，對(duì)氣候問題的日益關(guān)注，太陽能作為一種清潔、可再生資源，受到越來越廣泛的應(yīng)用。有機(jī)太陽電池以其成本低、柔性好，可大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，成為一大研究熱點(diǎn),并在近些年的研究中取得了眾多成果，在未來的發(fā)展中將具有巨大的應(yīng)用潛力。有效層是有機(jī)太陽電池中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的重要組成部分，其對(duì)光的吸收以及內(nèi)部的輻射復(fù)合等情況都會(huì)影響電池的效率。對(duì)有效層光學(xué)性能所對(duì)應(yīng)的光譜進(jìn)行相應(yīng)分析，可以在一定程度上為有機(jī)太陽電池的進(jìn)一步優(yōu)化

2、提供方向，具有一定的研究意義。在本文中，基于目前主流的聚-3已基噻吩：苯基C60丁酸甲酯（P3HT:PCBM）材料做有效層的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)太陽電池，對(duì)有效層進(jìn)行了紫外-可見吸收譜、光致發(fā)光譜及拉曼光譜行為的測試。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在P3HT:PCBM有效層中，主要的吸光物質(zhì)是P3HT材料，其吸收主要源于其共軛結(jié)構(gòu)中電子的π-π*躍遷，主要的吸收范圍在300-650nm；其光致發(fā)光激發(fā)峰值位于640nm,710nm和780n

3、m處。P3HT:PCBM較之P3HT材料，吸收曲線的吸收范圍有所擴(kuò)大，但可見光區(qū)域峰值位置呈現(xiàn)出短波長方向的偏移，同時(shí)吸收強(qiáng)度也有所減??；在光致發(fā)光譜方面，也出現(xiàn)了峰值藍(lán)移現(xiàn)象及強(qiáng)度衰減現(xiàn)象。結(jié)合拉曼光譜分析可得，PCBM分子的加入使聚合物中的有序性遭到了破壞，吸收降低，峰值位置移動(dòng)。但是從能級(jí)結(jié)構(gòu)角度分析，能級(jí)的匹配與載流子遷移率的增強(qiáng)，使電荷的復(fù)合程度顯示出一定的減弱，造成光致發(fā)光強(qiáng)度的衰減。通過改變P3HT:PCBM的比例，結(jié)合相

4、應(yīng)器件的電學(xué)測試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著PCBM比例的增大，器件的開路電壓逐漸增大，這種變化與有效層形貌變化引起的能級(jí)變動(dòng)有關(guān)。當(dāng)這一比例值為1:0.8時(shí)，電池的效率及短路電流密度達(dá)到最高值。對(duì)其光譜結(jié)果進(jìn)行分析，其結(jié)果在于該比例下兩者在有效層中所形成的交互網(wǎng)絡(luò)最佳，從而使吸收與復(fù)合的綜合效果最好。⑵為了進(jìn)一步提高有機(jī)太陽電池的效率，退火工藝被應(yīng)用于器件的制備中。退火處理使P3HT:PCBM太陽電池的電學(xué)性能參數(shù)得到了顯著的提高。通過光學(xué)性能分析

5、可得，退火之后，P3HT:PCBM有效層的吸收曲線強(qiáng)度增強(qiáng)并且可見光區(qū)域的峰值位置向長波長方向移動(dòng)，光致發(fā)光譜呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)，X射線衍射圖呈現(xiàn)峰值強(qiáng)度的增強(qiáng)。這些結(jié)果顯示，退火使有效層中P3HT聚合物的晶體化程度增大，兩種材料產(chǎn)生相分離現(xiàn)象，同時(shí)遷移率也隨之增大。當(dāng)退火時(shí)長和溫度增加時(shí)，相分離的距離會(huì)不斷大，距離的增大會(huì)導(dǎo)致激子有效分離的效率降低，與此同時(shí)遷移率的增加會(huì)使電荷輸運(yùn)的效率增加。因此，在時(shí)長及溫度的變化中，將會(huì)存在某一平衡點(diǎn)。