基于PEDOT-PSS改性的有機-無機雜化太陽電池制備及其光伏特性研究.pdf

1、伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展、科技的日益進步以及人們生活方式的改變，傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足人類對能源日益增長的亟切需求，發(fā)展可再生的潔凈能源必將成為人類社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。太陽能電池因其環(huán)境友好等特點成為解決能源短缺的一個很好的選擇，自上世紀八十年代以來一直是國內(nèi)外研究的熱點。然而，無機太陽能電池制備成本高、工藝復(fù)雜，而有機太陽能電池效率低、穩(wěn)定性差的等缺點限制了它們的進一步發(fā)展和普及。有機/無機雜化太陽能電池，尤其是由聚（3,4

2、-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS）和單晶n型硅組成的雜化太陽能電池，因其兼具無機太陽能電池高效率和有機太陽能低成本的優(yōu)勢，近幾年來得到了海內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。
　　組成有機/無機雜化電池的PEDOT:PSS是由疏水導(dǎo)電的PEDOT和親水絕緣的PSS通過離子化學(xué)鍵結(jié)合而成的導(dǎo)電聚合物，它具有高透明度，高柔韌性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及簡單的加工工藝等優(yōu)點，是最具潛力的電池材料之一。然而，絕緣的PSS會導(dǎo)致PED

3、OT:PSS薄膜的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性變差，從而使得制備的有機/無機雜化電池的轉(zhuǎn)換效率降低。人們?nèi)绻ㄟ^合適的方法提高PEDOT:PSS薄膜的導(dǎo)電性，改變PEDOT和PSS的排布方式，可以有效地解決器件的電荷收集效率低下的問題，進而提高c-Si/PEDOT:PSS雜化太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，并改善其穩(wěn)定性?；谝陨峡紤]，本論文嘗試采用不同濃度的極性溶劑乙二醇以及導(dǎo)電石墨烯作為摻雜劑，改變PEDOT和PSS的分布方式，改善其載流子收集效率，進而改

4、善器件的光伏特性。
　　具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.我們系統(tǒng)地研究了不同濃度的乙二醇(EG)摻雜的PEDOT:PSS薄膜的特性和經(jīng)過EG修飾的c-Si/PEDOT:PSS雜化太陽能電池的性能。實驗結(jié)果表明，當EG的濃度為7wt％時，c-Si/PEDOT:PSS雜化太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為9.35%，短路電流密度JSC為27.28mAcm-2，開路電壓VOC為558mV和填充因子FF為0.609。相比沒有添加EG制備的電池

5、轉(zhuǎn)換效率有顯著的提高。通過測試PEDOT:PSS薄膜的Raman光譜和方塊電阻發(fā)現(xiàn)EG的摻雜導(dǎo)致PEDOT鏈的重組，使得PEDOT鏈的電子結(jié)構(gòu)由線圈狀的苯型結(jié)構(gòu)重新組合成線性或拓展的醌型結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)更有利于載流子的傳輸，進而提高了薄膜的導(dǎo)電率。同時發(fā)現(xiàn)EG的添加對PEDOT:PSS薄膜的厚度和透過率也有影響。而且，我們將7wt%EG摻雜的PEDOT:PSS旋涂在經(jīng)過處理的Si表面制備c-Si/PEDOT:PSS雜化太陽能電池，制備

6、的電池具有良好的光伏特性。此外，我們將兩個制備的電池串聯(lián)起來，在標準光照的條件下點亮了一個紅色LED小燈泡，顯示出c-Si/PEDOT:PSS雜化太陽能電池良好的應(yīng)用前景。
　　2.我們系統(tǒng)地研究了不同含量的還原氧化石墨烯（rGO）和7wt%的乙二醇（EG）作為共溶劑對PEDOT:PSS薄膜光電性能和制備的c-Si/PEDOT:PSS雜化太陽能電池性能的影響。實驗結(jié)果結(jié)果表明，當2mg/ml rGO摻雜到PEDOT:PSS薄膜中時

7、，薄膜的電導(dǎo)率提高了35％，制備出的c-Si/PEDOT:PSS雜化太陽能電池的效率高達11.95％，并且器件的短路電流密度JSC為31.94mAcm-2，開路電壓VOC為579mV和填充因子FF為0.648。Raman光譜、方塊電阻和外量子效率數(shù)據(jù)表明rGO和PEDOT之間的π-π鍵相互作用不僅為空穴傳輸層中的電荷提供了額外傳輸途徑，而且抑制了界面處的電子復(fù)合，使得器件的載流子遷移率明顯提高，進而增加了載流子收集效率。此外，rGO的加