基于本體異質(zhì)結(jié)型聚合物太陽能電池光電性能的研究.pdf

1、聚合物太陽能電池具有材料種類多、質(zhì)輕、柔性、易加工、可大面積成膜、分子及薄膜性質(zhì)的可設(shè)計(jì)性等顯著優(yōu)點(diǎn)，被看作是硅基太陽能電池廉價(jià)、優(yōu)質(zhì)的替代品，但存在著能量轉(zhuǎn)換效率較低的缺陷。本論文圍繞聚合物本體異質(zhì)結(jié)型太陽能電池開展以下研究工作。
　　 首先，本文對(duì)五種不同結(jié)構(gòu)的聚合物太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換機(jī)理做了詳細(xì)敘述，并綜述了提高聚合物太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率的有效途徑。
　　 其次，本文通過對(duì)聚合物太陽能電池等效電路進(jìn)行分析，以太

2、陽能電池Ⅳ特性為基礎(chǔ)，建立了Matlab/Simulink仿真環(huán)境下的聚合物太陽能電池的等效仿真模型，定量模擬了不同的光照強(qiáng)度以及不同串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻對(duì)光伏電池輸出特性的影響，得到了接近實(shí)際器件的性能特性。從仿真的結(jié)果可以得出以下結(jié)論:1、太陽能電池是一種非線性器件，其輸出量與多個(gè)變量如環(huán)境溫度、日照強(qiáng)度、串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻都密切相關(guān)。2、光照強(qiáng)度的大小直接影響太陽能電池輸出電能的多少。太陽能電池的輸出功率、短路電流、開路電壓都隨著光

3、照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加。3、串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻對(duì)器件的Ⅳ特性的影響較大。隨著串聯(lián)電阻的減小，器件的短路電流增大，且器件的性能包括填充因子、能量轉(zhuǎn)換效率等增強(qiáng)明顯。隨著并聯(lián)電阻的增大，器件的開路電壓增強(qiáng)。也說明了光伏器件的開路電壓主要受并聯(lián)電阻Rsh的影響，隨著并聯(lián)電阻的增大而增大，與串聯(lián)電阻無關(guān)。并聯(lián)電阻對(duì)短路電流基本沒有影響，同時(shí)串聯(lián)電阻對(duì)開路電壓也沒有影響。而較小的串聯(lián)電阻和較大的并聯(lián)電阻能夠產(chǎn)生較高的填充因子，器件的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)提

4、高。
　　 最后，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中制備了7組電池器件用于測(cè)量與表征。通過制備利用不同的熱處理方式后的電池器件，對(duì)其表面形貌、Ⅳ特性曲線、PV特性曲線的比較分析，得到了不同的熱處理方式對(duì)電池器件的開路電壓、短路電流、填充因子以及能量轉(zhuǎn)換效率的影響。在ITO/PEDOT:PSS/PCBM:P3HT/Al結(jié)構(gòu)中，熱處理在使器件活性層吸收光譜紅移的同時(shí)，還增加了活性層的表面粗糙度，提高了活性層的結(jié)晶度，使P3HT與PCBM出現(xiàn)了相分離，有利

5、于載流子在互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中傳輸，一定程度上提高了有機(jī)半導(dǎo)體材料的載流子遷移率。熱后處理的方式不僅改變了活性層的相分離，而且可能改變了活性層與金屬電極的接觸表面狀態(tài)，活性層的表面出現(xiàn)了相對(duì)的凹凸不平，這種凹凸的表面可能增大了活性層與Al電極的接觸面積，從而更有利于電極對(duì)于載流子的吸收提取。同時(shí)，經(jīng)過熱處理后的電池器件串聯(lián)電阻極大地減小，而表面粗糙度的增加，在很大程度上減少了光的反射，從而達(dá)到提高短路電流、開路電壓和填充因子的目的。我們對(duì)經(jīng)過

6、不同熱處理方式的三組實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行Ⅳ特性的測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過熱前處理的電池器件的開路電壓Voc、短路電流密度Jsc、填充因子FF分別為0.421V、1.53mA/cm2、30.79％，比未經(jīng)過熱處理的電池器件的開路電壓、短路電流密度、填充因子分別提高了71.8％、30.8％、26.2％，而能量轉(zhuǎn)換效率更是從0.08％提高到0.21％。而經(jīng)過熱后處理的器件，比較熱前處理的器件，雖然開路電壓增加不大，填充因子出現(xiàn)略微下降，但是短路電流密度卻由