有机太阳能电池封装技术毕业设计

1有机太阳能电池概述11研究背景随着化石能源的日益枯竭,可再生能源的寻求已经迫在眉睫，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源受到了人们的关注。据统计，地球表面接受的太阳能辐射达到全球需求能源的一万倍，地球每平方米平均每年受到的辐射可发电289KWH，在全球4的沙漠上装太阳光伏系统，就足以满足全球能源需求。因此光伏发电具有广阔的发展空间。目前占光伏市场主导地位的是单晶硅和多晶硅太阳能电池。但是,昂贵的成本是限制无机太阳能电池进一步发展的重要因素。并且，中国多晶硅价格从去年最高的超过300万元/吨，下降至目前大约120万元/吨。薄膜太阳能电池等由于成本低,市场份额迅速扩大，这不仅对传统晶硅电池价格形成压制，同时在一定程度上降低了太阳能发电成本。从20世纪70年代开始人们就越来越关注有机太阳能的研制。在导电聚合物上的研发利用取得很大的进步，有机半导体成为硅半导体的替代品指日可待。机导电聚合物有其独特的优势有机分子可以经过加工，不需要得到晶体状无机半导体。特别是聚合物半导体的优越性是与廉价的加工技术联系在一起。大量的研究表明，导电聚合物是集各种性能于一身的半导体材料。导电聚合物又称导电高分子,是通过参杂手段,能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物自1970年代第一种导电聚合物聚乙炔发现以来,一系列星星导电聚合物相继问世常见的导电聚合物有聚乙炔,聚噻吩,聚吡咯,聚苯胺,聚苯撑,聚苯撑乙烯,和聚双炔等有机薄膜聚合物的快速发展，为有机薄膜太阳能电池的发展，提供有力的支持。机薄膜太阳能电池也是一种薄膜器件，现在的各种成熟的薄膜制造技术为有机薄膜太阳能电池的发展提供技术保障。有机聚合物太阳能电池具有可重复利用，质量轻，柔性强，对环境无污染，低成本，制作过程简易迅速等优点。双层异质结概念的引入标志着有机太阳能电池的一个重要突破。1986年,CWTANG1使用另一种有机半导体材料作为电子受体,与电子给体材料酞菁铜构成异质结,制备了双层结构的有机太阳能电池，大幅度提高了有机太阳能电池的性能。1995年,YU等2将共轭聚合物EHPPV和富勒烯或其衍生物PCBM混合在一起,制备了体异质结太阳能电池。2001年,SHAHEEN等3使用氯苯作为溶剂来取代当时常用的甲苯,制备了基于聚对苯乙炔富勒烯衍生物混合溶液MDMOPPVPCB性层的体异质结太阳能电池。该器件的功率转换效率达到25,几乎是甲苯作为溶剂的器件效率09的3倍。2003年,PADINGER等4对P3HTPCBM体异质结太阳能电池进行热退火75C以及外加电压27V的后期处理,在白光照射下功率为80MW/CM2获得了35的功率转换效率。2007年,PEET等5报道称向PCPDTBTPC71BM混合溶液溶剂为氯苯中添加很小体积比的ALKANEDITHIOL,制备的太阳能电池的效率从没有添加剂时的28提高到55。2012年,DO等6报道了效率高达862的反型结构叠层太阳能电池,主要釆用了更高效的低带隙材料作为子电池的活性层。2013年,YOU等7继续优化低带隙聚合物并釆用DOU等所报道的器件结构,制备的叠层太阳能电池效率首次突破10达到106。12有机太阳能电池的基本结构121单层有机太阳能电池器件单层太阳能电池是由一层同质单一极性的有机半导体嵌入电极之间而组成的电池器件，如图11A，其结构为玻璃基片/电极/同质活性层/电极，阳极一般是ITO，阴极一般是功函数低的金属AL，AG，CA，MG等。在有机单层器件中，两个电极功函数差别导致的内建电场是激子解离为电子和空穴的主要驱动力，然而，内建电场一般不足以将有机材料的激子解离，所以激子解离效率极低。从而导致单层结构光电转换效率很低。122双层异质结有机太阳能电池器件双层异质结有机太阳能电池的给体和受体材料分层于阴极和阳极两个电极间组成平面型DA界面，如图11B，其结构为玻璃基片/阳极/给体材料/受体材料/金属阴极，在双层异质结太阳能电池器件中电荷分离的主要驱动力是给体和受体的LUMO的能极差（给体和受体界面的电子势垒）。在界面处较大的势垒更有利于激子的解离。和单层器件对比，双层异质结器件的优点在于提供更好的电子空穴通道。电子和空穴分别在N型受体材料中和P型给体材料中传输，使电荷分离效率增大，自由电荷重新复和率减小。123体异质结有机太阳能电池器件本体异质结有机太阳能电池的给体和受体在活性层中是充分混合的，DA界面存在于整个活性层。如图11C，其结构为玻璃基片/阳极/混合活性层材料/金属阴极，与双层异质结相似，都是用DA界面效应来转移电荷。区别在于本体异质结在整个活性层产生电荷分离，而双层异质结只在界面处产生电荷分离，所以本体异质结器件中激子解离效率较高，复合的概率较小，本体异质结有机太阳能电池活性层材料的形貌和受体/给体的混合程度，对光电流的产生和能量转换效率有很大的影响。粒径的尺寸太大会降低电荷的分离效率，太小会阻碍电荷的传输，因此，优化材料粒径大小可以较好的提高电荷分离效率和输运效率。二元体异质结有机太阳能电池的活性层材料中包含一种给体材料和一种受体材料，而近研究发现的三元有机太阳能电池包括两种给体材料和一种受体材料或两种受体材料一种给体材料，能够扩展宽带隙聚合物材料的吸收光谱至近红外区域，这种方法简单有效。和传统的二元体系有机太阳能电池相比，三元有机太阳能电池具有一定的优势。通过合理的设计，在主体系中引入适当第三种材料，有源层的能级和吸收光谱能够得到调节。能级的调节有助于提升有机太阳能电池的开路电压，进而提升电池的光电转换效率，同样，有源层吸收光谱的扩展能够增大其对太阳光子的捕获，提升短路电流。此外，级联的能级结构可以促进载流子的传输，形貌的改善有益于激子的解离和载流子的收集，能量传递能够辅助激子解离，提高激子的解离效率。综合运用三元有机太阳能电池的这些优势，提高对三元有机太阳能电池机理的理解，将有助于推动有机太阳能电池的发展。124叠层结构有机太阳能电池器件叠层结构有机太阳能电池器件是将多个单元器件串联做成一个器件，从而最大限度的吸收太阳光谱，使电池的开路电压和效率得到提高。如图11D，其结构为玻璃基片/阳极透明/活性单元结构1/连接层/活性单元结构2/阴极（背电极），太阳光谱的能量分布很宽，而一般材料的吸收范围都是有限的，单一材料只能吸收部分太阳光谱能量。叠层结构的电池利用不同种类材料的不同光谱吸收范围，提高对太阳光谱的吸收，从而提高效率。由于串联的原因，叠层结构电池的开路电压一般大于其子单元结构的开路电压，其转换效率主要受到光生电流的限制。因此，更好的选择各子电池的能隙宽度和厚度是叠层结构电池设计的关键，保证各个子电池之间的欧姆接触，从而得到高的转换效率。ABCD图11有机太阳能电池结构13有机太阳能电池工作原理有机太阳能电池的基本原理是光生伏特效应。器件的活性层吸收光,并通过光电效应将其转化为电能。有机异质结的活性层通常是由N型电子传输有利和P型空穴传输有利两种不同类型的导电材料组成的。当能量大于禁带宽度的光入射到太阳能电池器件上时,器件的活性层材料会吸收入射光,入射的光子会激发产生不平衡的电子空穴对,即激子，如图12A。激子在薄膜内会进行自由扩散。当激子扩散至异质结处时,由于内建电场的作用,激子发生解离,P型材料的电子进入到N型材料,N型材料的空穴进入到P型材料，如图12B。P型材料积累的空穴和N型材料积累的电子产生了由P型材料指向N型材料的电场,这个电场的方向与内建电场的方向相反,在平衡时场强与内建电场相等,这就是光生伏特效应。在生成载流子之后,电子和空穴分别在N型材料和P型材料传输。最终分别在阴极和阳极进行收集，如图12C。因此,有机太阳能电池的工作过程可以总结为1,光吸收2,激子的产生3,激子的扩散4,激子解离成自由载流子5,载流子传输6,载流子复合；7，载流子的输出。（A）（B）（C）图1214有机太阳能电池器件特性141光谱响应光谱响应指的是太阳能电池对某些波长的光有着不同的敏感，呈现的特点是，在光的照射下，电路的电流随着不同的波长而发生改变，并能给出最大的电流，具有最大的响应值。光谱响应的曲线一般是由太阳能电池的结构、活性材料以及电极材料等决定的。光谱响应的曲线被称为量子效率曲线，其又可以分为外量子效率曲线和内量子曲线。从量子效率曲线上可以了解界面以及各组成半导体面对载流子的提取能力的大小，从而对太阳能电池的界面进行优化，进而提高太阳能电池的性能，最终提高太阳能的转化效率。外量子效率指的是入射的光字数和产生的电子数的比值就，即是入射到电池上的每一个光子产生的少数载流子或者是空穴电子对的数目。可以用公式表示为1240NMPIEQISC入射光子数输出电子数（11）入射光源一定，ISC的大小和EQE有关，其中是入射光子的波长，ISC是器件的光电流，PIN模拟光的入射功率。内量子效率指的是太阳能电池吸收的光子和产生的光子的比值，即在太阳能电池中吸收的每一个光子产生的载流子或者是空穴电子对的数目。对于不同的材料入射的光子的数目是不同的，同种材料而言入射的光子也不一定能被全部的吸收，产生的电子也不一定全部产生电能，对于太阳能电池而言量子效率高而能量转换效率低。142开路电压当太阳能电池在开路的情况下，被分离的载流子将会在PN结界面大量的街垒，在一定的程度上补偿了接触电动势，这是产生的光生电动势被称为开路电压。且RSH的时候，开路电压为1L0IQTKVSCBOC。对于有机太阳能电池的开路电压VOC也受到其它因素的影响，如有机半导体的材料，有机太阳能电池的结构，供体材料的浓度等。主要影响的是体异质结有机太阳能电池的开路电压则是由供体材料的HOMO和受体材料的LUMO决定的。对于给体和PCBM体系的有机太阳能电池的开路电压VOC可以用下式表示301EPCMBLUMODONRHOOCE（12）其中E是电子电荷量，EPCMBLUMODONRHO和指的是给体的HOMO能级和PCBM的LUMO的能级。143短路电流太阳能电池在短路的情况下的电流称为短路电流在理想的情况下有机太阳能电池的短路电流是由有机半导体内的光诱导载流子密度和在粒子迁移率决定的。可以用下式表示ENEISC其中N是载流子的密度，E是电子的电荷量，指的是载流子的迁移率，E是电场大小。假设若在体异质结太阳能电池中光激发产生的电子的效应为100，那么N指的是单位体积内的吸收的光子数目。144最大输出功率当太阳能电池两端接上负载时，负载中就会有电流通过，电流被称为太阳能电池的工作电流或称为负载电流或者是输出电流。负载两端的电压称为工作电压。若用负载的最大的输出电压和最大的输出电流的乘积最大就可以得到最大的输出功率，最大工作电压用UMAX表示，最大工作电流用IMAX表示，最大输出功率用PMAX表示。在伏安曲线上UMAX，IMAX，PMAX表示如图13。图13太阳能电池的伏安曲线ISC短路电流；VOC开路电压；IMAX最大工作电流；VMAX最大工作电流；PMAX最大工作功率145填充因子填充因子是太阳能电池的另外一个重要的参数，指的是最大工作功率与开路电压和短路电流乘积的比值，用公式表示为OCSOCSVIIPFMAXMAX（13）其中IMAX是最大工作电流，VMAX是最大工作电压，ISC是短路电流，VOV是开路电压。一般而言填充因数越高，伏安曲线越趋近于矩形，太阳能电池的光电转化效率越高。146功率转化效率太阳能电池的功率转化效率指的是太阳能电池的最大输出功率与入射到太阳能电池表面的太阳光能量的比值，用公式表示为INSCOINPIVFMAX（15）其中FF是填充因数，ISC是短路电流，VOV是开路电压。2几种常见的有机太阳能电池封装技术21有机太阳能电池封装技术的提出使用寿命和稳定性是有机太阳能电池进入实用化生产必须解决的问题。有机太阳能电池容易受到空气中水分和氧气的影响，其性能快速衰减。对于器件的稳定性的提高，封装技术起决定性作用，没有良好的封装工艺，多好的电池也生产不出好的组件板。电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证，而且还增强了电池的抗击强度。目前太阳能电池一般采用EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）作为封装材料，这种封装技术发展的比较成熟，且能够满足太阳能电池封装的基本要求，但是存在一些不足。人们在探究如何改进传统的封装方法的同时，又提出了和传统工艺完全不同的封装方法。22几种封装技术的介绍221EVA玻璃封装采用EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）做封装材料，成本较低。采用真空层封装工艺，将太阳能电池片夹在两层热熔性EVA胶膜中间，通过真空热层压使EVA胶膜将电池片，地铁钢化玻璃正面改版和聚氟乙烯复合膜背板黏合为一体，周边用率和件边框固定如图21A。除此还有采用双面玻璃封装的太阳电池组件如图21B。AB现有的EVA玻璃封装工艺已基本能满足工业化的需求，恩能够偶进行大规模的生产。但是，也存在着缺陷，工艺复杂，成本较高，成产效率低，并且EVA膜的抗老化性能较差，使用过程中亦老化，降低了太阳能电池的使用寿命和光电转换效率。并且，这种工艺对玻璃的要求也很高，若玻璃表面不干净，透光率就会降低，损失了光电转换效率。另外，这种封装的太阳能电池维修困难运输不便。这些不足都影响着太阳能电池的进一步发展和使用。222盖板和背板材料的改进一方面可以通过镀减反射膜降低玻璃的反射率，从而提高光伏组件的输出功率（大约提高348）制作减反射膜的方法有很多种，例如真空沉积法，浸蚀法，高温烧结法，溶胶凝胶法但是目前报道效果比较好的就是由丹麦SNARCTECHNOLOGYA/S开发的一种减反射膜技术9。另一方面就是提高玻璃的强度，减少玻璃的厚度，减轻组件的质量。另外就是研究盖板玻璃的替代材料。目前见到的替代材料有PVF（聚氟乙烯），PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），PC（聚碳酸酯），PTFE（聚四氟乙烯）等。在柔性电池封装方面，常见到的改版材料有ETFE（乙烯四伏乙烯共聚物），FEP（四氟乙烯六氟丙烯共聚物）等。这些材料的缺点是不能长期保持高的透过率和低的水汽透过率。太阳电池的背板材料除了TPT以外，常用的还有TPE，其他的还有PVF/AL/PVF和PVF/AL/PET/PVF结构。现在还有很对共走是利用溅射法和化学气相沉积等技术在PET上镀一层或多层阻隔膜层，降低水汽透过率，制作新型背板材料1011。另外，还可以通过改变盖板和背板材料来使组件呈现不同的颜色。首先，使用彩色背面材料，这在一定程度上能改变组建的外观；其次，使用荧光染色技术，在正面玻璃上镀一层FCA（荧光染色剂12），或者会接将正面玻璃改成荧光板13,利用这些技术可以使组件呈现多种颜色，同时效率会明显降低。223封装用粘合剂的改进1丙烯类热塑性树脂组合物为解决上述问题,保谷裕等人14发明了一种在非交联状态下具有良好机械强度、密封性、透明性、耐候性的太阳能电池密封片材的热塑性树脂组合物。该热塑性树脂由丙烯类聚合物和丙烯类共聚物构成,其中丙烯类共聚物为丙烯与至少一种除丙烯之外的碳原子数为220的2烯烃形成的共聚物。为了提高热塑性树脂组合物层与含有具有极性基团树脂、含有50以上金属及玻璃上无机化合物等其它层的粘合性,在封装时,还应使用诸如硅烷类的偶联剂。采用该热塑性树脂,在一定程度上缩短了层压时间,提高了太阳能电池的生产效率。2乙烯甲基丙烯酸酯类由于EVA的吸湿性较高,水分会导致密封材料层的绝缘性下降。另外,在增加热量、紫外线、吸湿量等特定条件下,EVA会产生极微量的乙酸,有可能会腐蚀电极或母线等而使发电效率降低。近年来,西岛孝一等人15以乙烯2甲基丙烯酸酯共聚物为原料,添加特定的有机过氧化物并按一定的比例加入交联助剂,能够得到性能很好的密封材料。224用透明树脂替代玻璃封装在真空条件下，作为导线的钨丝通过针孔穿过玻璃安瓿的玻璃封装方法是一种繁琐的封装技术。尽管完整玻璃封装的工作性能好，这种玻璃封装方法操作复杂，容易出现操作失误。为克服玻璃封装带来的各种缺陷，人们大力开发了新型太阳恩能够电池封装技术，提出轻质，透明，低折射率的各种透明树脂版替代玻璃。但是普通的透明树脂耐候性差，耐试剂性，耐污染性较差。氟树脂基于分子内的CF键的高能量和低极化率，地折射率，耐试剂性，防水防油性，耐污染性，被应用于各种用途，由于氟系膜的机械强度较低，勇气作为封装材料，会使太阳能电池组件的机械强度降低，太阳能电池元件已损坏，因此，将透明树脂和含氟树脂配合使用，可生产出高耐水解性，透明性，耐候性和轻量化，且机械强度高的密封膜。宫治新一郎等人16采用机械特性和加工性优异的廉价聚酯膜为基材,在此基材上附上一层由金属、金属氧化物或无机化合物中的至少一种构成的膜,制成太阳能电池组件用的复合密封膜聚酯聚合物以芳香族二羧酸、脂肪族二羧酸或脂肪族二羧酸和二醇作为主要组分,其中所合成的聚对苯二甲酸乙二醇的双拉伸膜和聚2,6萘二甲酸乙二醇酯的双轴拉伸膜的性能最好。长门大等人17采用聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯,丙烯酸树脂、聚乙烯等透明树脂作为密封膜的基材。其中聚碳酸酯的透明性优异,透光率达90以上,且硬度等机械性能良好,但耐擦伤性、耐候性较差,可涂布固化性氟树脂组合物提高其性能固化性氟树脂由氟树脂和固化剂组成。其中氟树脂是由具有氟代烯烃单元、乙烯醚单元和具有固化部位的单体单元的共聚物或具有氟代烯烃单元、乙烯酯单元和具有固化部位单体单元的共聚物。固化剂则采用异氰酸酯系或氨基树脂系固化剂。太阳能电池密封膜是厚度为100M的聚碳酸酯,并在其上涂布干燥后膜厚为50M的氟树脂组合物在透明树脂上涂布一层含氟树脂,不仅能保证密封膜具有较高的机械强度和透光率,而且还具有很好的耐湿、耐候和耐久性,能够满足太阳能电池封装的要求。同时,该密封膜较薄且柔软,可做成重量轻的太阳能电池组件,也使得太阳能电池的维修变得简便,极大地拓宽了其应用范围。这种封装的不足之处是，由于透明树脂和含氟树脂是分别涂布在元件表面的,使封装工艺较繁琐,叠成界面容易剥离。在光敏材料上旋涂ZNO溶液，随后滴下UV树脂溶液处理的封装方法18被报道过，UV树脂溶液由丙酮和UV树脂组成，对人的皮肤和眼睛有刺激性。并且为了使封装层有一定的厚度，UV树脂需要重复几次涂覆。225其他封装方法1无机薄膜封装无机薄膜封装常采用等离子体增强化学气相沉积PECVD和原子层沉积ALD的方法，硅、氧化硅和氮化硅等无机薄膜常用PECVD沉积，薄氧化锌、氧化钛和氧化铝层等常用ALD沉积。而无机薄膜需要达到足够高的势垒才能对有机光电子器件起到封装作用，由于无机薄膜有着不可避免的缺陷，无机薄膜需要和聚合物薄膜交替形成多层薄膜的堆积。2半固化片封装半固化片是目前行业内应属于覆铜板和多层印制线路板必不可少的半成品。其主要构成是由增强材料，包括玻璃纤维布，无纺布或木浆纸等，经熟化混合树脂浸润和烘干而成。由于半固化片的树脂呈半固化状态，在高温下，树脂可以重新熔融粘合并完全固化，这种特性常用语光伏器件的封装。采用玻璃衬底和铝电极板组装的器件可用玻璃纤维热固性环氧树脂（半固化片）封装，需要在封装器件上方放置铅块形成机械压力，并且需要热固化12小时，这种半固化片封装技术不能有效的应用到柔性器件。3一种封口膜封装新方法31封口膜封装掺杂小分子材料的三元有机太阳能电池我们基于聚合物太阳能电池报道了使用封口膜封装的新方法。封口膜（见图31）是一种自动封口、可模压、韧性好的特制薄膜产品，具有独特的渗透性能，卓越的水汽通透性能和很强的抗腐蚀性能。封口膜在70时会软化具有粘性，能够有效密封光电器件。封口膜封装不失为一个简有效的封装方法。图31封口膜同时，为了获得高质量的密封膜，提高有机太阳能电池的光电转换效率尤为关键。近年来有机太阳能电池的能量转换效率虽然获得了突破性的进展（10），但是离有机太阳能电池的商业化还有一定的距离。众所周知，有机半导体材料较窄的吸收光谱是限制其电池性能的主要因素。为了克服这一限制，研究者们在各个方面采用不同的方法对其进行研究。例如，设计与合成新型的，潜力高的低带隙共轭聚合物能够扩宽材料对光的吸收范围，提高光子捕获19。或者，用吸收光谱互补的聚合物构成叠层太阳能电池20。叠层太阳能电池能够收集与聚合物带隙共振的光子，使热化损失降到最低。然而制备多层堆叠的太阳能电池面临着一系列的挑战，如，制备强健的中间层，耦合吸收互补的聚合物和控制各个子电池有源层的厚度等。前文提到的三元有机太阳能电池不失为扩展吸收光谱的简单而有效的方法。三元有机太阳能电池是介于二元太阳能电池和叠层太阳能电池之间的一种器件结构。通过合理的设计，在主体系中引入适当第三种材料，有源层的能级和吸收光谱能够得到调节，如图32。能级的调节有助于提升有机太阳能电池的开路电压，进而提升电池的光电转换效率，同样，有源层吸收光谱的扩展能够增大其对太阳光子的捕获，提升短路电流。和叠层电池相比，三元有机太阳能电池具有简单的制备工艺，较高的成品率和丰富的优化手段。我们在体异质结有机太阳能电池的有源层参杂低三种材料。图32三元有机太阳能电池的结构图，两种材料的吸收光谱互补有机小分子材料基本上是含有共轭体系的分子，能够很好地利用可见光，与聚合物搭配使用，能够得到更好的性能。2,4双4氮,氮二异丁烯2,6二羟苯基方酸DIBSQ具有高载流子迁移率，高吸光系数，宽光谱响应范围，易提纯，批次稳定性好等优点2123。DIBSQ作为第二给体材料掺聚合物聚三已基噻吩P3HT富勒烯衍生物PC71BM中体系中能够补偿P3HT对较低能量光子的捕获，提升短路电流和器件效率。所以，基于用P3HTP3HTDIBSQPC71BM体系的三元有机太阳能电池具有较大的研究价值。制备好的聚合物太阳能电池使用封口膜热处理的方法进行封装。32封口膜封装实验1清洗玻璃衬底分别用清洗剂、酒精和去离子水在超声波清洗器中连续清洗氧化铟锡（ITO）玻璃衬底（薄膜电阻15），用氮气吹干。为了进一步清洗衬底以及提高ITO的功函数，紫外臭氧处理ITO衬底10分钟。2旋涂PEDOTPSS，有源层，AL电极超薄层聚二氧乙基噻吩聚对苯乙烯磺酸PEDOTPSS以5000RPM的转速在ITO衬底上进行40S旋涂。在120的室内环境下对旋涂了PEDOTPSS的ITO衬底进行10分钟的干燥处理。聚合物P3HT和富勒烯PC71BM以108的质量比溶入邻二氯苯中（36MG/ML）。DIBSQ以12WT的质量比掺入P3HTPC71BM的溶液中。以600RPM的转速在PEDOTPSS上旋涂该混合溶液作为有源层。在104PA的真空环境下沉积修饰层1NMLIF，在修饰层上沉积大约100NM的铝电极。ITO和铝电极的重叠区域为有效面积，大约38MM2。3封口膜封装用对封口膜进行热处理的方法对准备好的聚合物太阳能电池进行封装。封口膜（购买于PECHINEYPLASTICPACKAGINGCOMPANY）是一种塑料薄膜。封口膜在大约70时会变的柔软并且有粘性，所以在热退火的过程中就可以完成聚合物太阳能电池的封装过程。准备好的封口膜平放在覆盖有源层的铝电极上方。在充满氮气的手套箱内，对所有的聚合物太阳能电池进行10分钟120的退火。待器件冷却到室温时，封口膜自发的与器件紧密的贴在一起，封口膜和铝电极交叠区域失去了铝的光泽，如图33（C）所示。为了器件的寿命测量，所有的器件存放在室温暗环境下的培养皿中。薄膜的吸收光谱用日本岛津公司的UV3101PC分光仪测试，电流电压（IV）特性使用吉时利4200半导体特性分析系统和ABETSUN2000太阳能模拟器。使用材料的化学结构、聚合物太阳能电池的示意图以及制备的封装、未封装器件实物图如图33所示。图33A有机材料P3HT,PC71BMANDDIBSQ的结构图；B聚合物太阳能电池的示意图；C，D封装机未封装聚合物太阳能电池的实物图。33实验结果与讨论P3HT,PC71BM,DIBSQ以及它们混合薄膜的吸收光谱如图34所示。小分子材料DIBSQ的吸收峰在690NM，与最高分子占据轨道HOMO和最低分子占据轨道LUMO之间的带隙一致。聚合物P3HT有从400NM到650NM很宽的吸收光谱范围，吸收峰在520NM和610NM。DIBSQ和P3HT的吸收光谱有很强的互补性。三元混合薄膜的吸收光谱从可见光区域扩展到红外区域。PC71BM材料有很宽的吸收范围，并且在375NMAND480NM处有明显的吸收峰，可以吸收更多的光子来提高聚合物太阳能电池的性能。DIBSQ的掺杂应该使三元混合薄膜中的光子收集和电荷载流子传输相平衡。根据我们的实验经验，DIBSQ的最佳掺杂浓度是12。30405060708002406810214ABSINTESITYAUWAVELNGTHMP3HTDIBSQPC71BMC71MDIBSQ图34P3HT,PC71BM,DIBSQ和P3HTDIBSQPC71BM薄膜的归一化吸收光谱。010230450686420CURENTDSITYMA/C2VOLTAGEP3HTC71BMDISQP71WITHENCAPSULTIONA001020304050686420CURENTDSITYMA/C2VOLTAGEVP3HTC71BMDISQP71WITHOUTENCAPSULTIONB图35在AM15G,100MW/CM2的光照下封装/未封装的二元聚合物太阳能电池和三元聚合物太阳能电池的初始JV特性。表31在AM15G,100MW/CM2的光照下封装/未封装的二元聚合物太阳能电池和三元PSCS的关键光伏参数WITHENCAPSULATIONWITHOUTENCAPSULATIONACTIVELAYERJSCVOCFFPCEJSCVOCFFPCEMA/CM2VMA/CM2VP3HTPC71BM6760606225465806062246P3HTDIBSQPC71BM7830606229377606062287封装/未封装的二元聚合物太阳能电池和三元聚合物太阳能电池的初始JV特性如图35所示。在表31中总结出封装/未封装的二元聚合物太阳能电池和三元聚合物太阳能电池的关键光伏参数。我们可以很明显的看出封装器件比未封装器件的PCE要好。聚合物太阳能电池的性能是从充满氮气的手套箱中取出后测量的，可能由于封口膜有效阻止了空气对AL电极的影响导致了封装聚合物太阳能电池PCE的提高。同时，掺杂DIBSQ的器件封装后的PCE从254提高到293。为了进一步证实封口膜封装对聚合物太阳能电池稳定性的影响，我们测得了经过不同存储时间之后的JV曲线。封装与未封装聚合物太阳能电池相比性，封装器件的性能明显表现出了相对缓慢的衰减。三元聚合物太阳能电池经不同存储时间后的JV曲线如图36A和B所示。001020304050686420961204H168CURENTDSITYMA/C2VOLTAGEV0H24872HP3HTDIBSQPC71BMWITHENCAPSULTIONAH001020304050686420961204H168CURENTDSITYMA/C2VOLTAGEV0H24872HP3HTDIBSQPC71BMWITHOUTENCAPSULTIONH168图36封装与未封装三元聚合物太阳能电池随着存贮时间变化的JV特性。表32封装与未封装三元聚合物太阳能电池存储期间器件的关键光伏参数。WITHENCAPSULATIONWITHOUTENCAPSULATIONTIMEJSCVOCFFPCEJSCVOCFFPCEHMA/CM2VMA/CM2V07830606229377606062287247210606226966206059234486980606226059506058208726440606223949406058172966280606223345206058156120611060612254030605713914459506061219369060571271685840616121733706057116根据随存储时间变化的JV曲线，我们在表32中总结出封装与未封装三元聚合物太阳能电池的关键光伏参数。封装三元聚合物太阳能电池经过168小时后短路电流JSC从783MA/CM2衰减到58MA/CM2。未封装三元聚合物太阳能电池经过168小时后短路电流从776MA/CM2衰减到34MA/CM2。经过168小时的存储，封装与未封装聚合物太阳能电池的开路电压基本保持为常数。封装聚合物太阳能电池的填充因子（FF）相对于未封装器件显示出较缓慢的衰减。众所周知FF是由PMAX/JSCVOC定义的，此处的PMAX是指聚合物太阳能电池的最大功率，FF的衰减可能是由于器件串联电阻的增加导致的。封装聚合物太阳能电池稳定性的提高可能由于封口膜有效阻止了大气对有源层和阴极的影响，尤其是电池在工作的环境下。我们知道封口膜通常用于封装或保护器皿以及封装有盖子的容器，阻止水和空气的污染。封口膜在23OC和50的相对湿度下的氧渗透性是150CC/M/24小时，在38OC和90相对湿度环境下的水蒸气渗透性为1G/M/24小时。而且在不同相对湿度环境下，封口膜的氧渗透性保持不变。由于这些特性我们可以看出封口膜是封装有机光电子器件的理想选择。0248796120468356789JSCMA/2WITHENCAPSULTIOP3HTDIBSQC71MATIEHOURS024879612046816204832PCEWITHENCAPSULTIOP3HTDIBSQC71MBTIMEHOURS图37封装和未封装三元聚合物太阳能电池的关键光伏参数随着储存时间的变化趋势。封装和未封装三元聚合物太阳能电池的JSC和PCE随着储存时间的变化趋势如图37所示。JSC与PCE随储存时间的衰减曲线显示出相似的变化趋势。JSC的衰减显示出两个阶段，快速衰减和之后的慢速衰减。快速衰减主要是由于水的影响，可能是由于水的渗透建立了空间电荷，使有源层形成陷阱导致了JSC的衰减。慢速衰减主要是由于氧的影响，SEEMANN等人报道过扩散进器件的氧与光照结合会导致JSC的衰减。发生在有源层的JSC衰减可以通过热处理得到部分恢复。在相同周围环境中经过168小时的存储后，封装三元聚合物太阳能电池的PCE从293衰减到217，未封装三元聚合物太阳能电池的PCE从287衰减到116。封装聚合物太阳能电池性能的衰减可能由于在工作环境下电流通过电池时有源层和电极单层内或者两者之间的化学反应引起的。根据实验结果可知封口膜封装方法可以有效地阻止水和氧扩散进入电池中，与未封装器件相比封口膜封装器件的稳定性得到了明显的提高。4总结本文先是对有机太阳能电池的研究现状、应用前景、工作原理及其基本结构做了较为全面的叙述，对有机太阳能电池有了一个较为全面的认识。并通过大量的查阅资料，介绍了有机太阳能电池的封装技术的最新发展情况，并且介绍了封口膜封装的优点和具体方法。最后，通过实验，发现封口膜封装明显提高有机太阳能电池的稳定性和光电转化效率。从数据可以看出，封装三元聚合物太阳能电池的PCE从293衰减到217，未封装三元聚合物太阳能电池的PCE从287衰减到116。这种封口膜封装方法对于现如今有机太阳能电池的封装技术中是一个有竞争性的选择。（0210）古代散文复习思考题一、填空题1甲骨卜辞、和易经中的卦、爻辞是我国古代散文的萌芽。2深于比兴、，是先秦散文的突出特点。3长于描写外交辞令。4国语的突出特点是长于。5“兼爱”、“非攻”是思想的核心。6先秦诸子中，善养“浩然之气”。7先秦诸子中，提出了“言不尽意”、“得意忘言”的观点。8荀子的是我国最早以“赋”名篇的作品。9鵩鸟赋是的骚体赋。10枚乘的标志着散体赋的正式形成。11“破釜沉舟”出自。12对偶、辞藻、用典和声律是的主要特征。13被鲁迅誉为“改造文章的祖师”。14“文以气为主”、“诗赋欲丽”是提出的著名观点。15大人先生传的作者是。16嵇康的代表作是。17西晋作家中，“善为哀诔之文”。18归去来兮辞可以说是辞仕归隐的宣言书。19别赋、恨赋的作者是。20孔稚圭的以山灵的口吻，讽刺了“身居江海之上，心存魏阙之下”的假隐士。21唐代古文运动发生在时期，是一次提倡散文、的文体改革运动。22苏轼称“文起八代之衰”。23论佛骨表是的论说文。24由于唐代的大量创作，寓言才成为一种独立的文体。25鲁迅称晚唐是“一塌糊涂的泥塘里的光彩和锋芒”。26在韩愈“不平则鸣”说的基础上提出了“穷而后工”的观点。27欧阳修的用21个“也”字置于句尾，既增加了文章的抒情气氛，又增强了文章的咏叹情调。28既平易自然又委婉曲折，是散文的风格。29“文理自然、姿态横生”是的主张。30编选了唐宋八大家文钞。31清代骈文中兴，成就最显著的作家是。32是晚明小品文的代表作家。33是桐城派散文的创始人，并首倡“义法”说。二、解释题1、春秋笔法2、古文运动3、气盛言宜4、四六文5、冨吴体6、燕许大手笔7、简而有法8、文理自然、姿态横生9、“童心”说10、义法三、简答题1、春秋记事的特点。2、战国策的语言特色。3、冯谖客孟尝君是怎样刻画冯谖形象的4、论语侍坐中人物的性格特点。5、孟子的论辩艺术。6、墨子散文的主要特点。7、荀子一书的比喻有何特点8、贾谊、晁错散文比较。9、建安时期散文的特点。10、简述南北朝的文风。11、陆贽骈文的突出特点。12、古文运动兴起的原因。13、中唐、北宋古文运动的异同。14、“唐宋八大家”称谓的由来。15、王安石散文的主要特点。16、苏辙的“养气”说。17、苏轼提倡的“辞达”。18、归有光散文的特色。四、论述题1、先秦散文的总体特征。2、左传的艺术特点。3、战国策的文学成就。4、庄子的艺术成就。5、为什么说史记是“无韵之离骚”6、唐代古文运动的成就。7、韩愈的古文理论。8、韩愈张中丞传后叙的艺术特点。9、韩愈在散文史上的地位。10、柳宗元对散文发展的贡献。11、欧阳修散文的风格特色。12、曾巩散文的特点。13、苏轼的古文主张。14、苏轼散文的风格特色。15、晚明小品文的特点。（0210）古代散文复习思考题答案一、填空题1、铜器铭文2、深于取象3、左传4、记言5、墨子6、孟子7、庄子8、赋篇9、贾谊10、七发11、史记项羽本纪12、骈文13、曹操14、曹丕15、阮籍16、与山巨源绝交书17、潘岳18、陶渊明19、江淹20、北山移文21、贞元、元和反对骈文22、韩愈23、韩愈24、柳宗元25、小品文26、欧阳修27、醉翁亭记28、欧阳修29、苏轼30、茅坤31、汪中32、张岱33、方苞二、解释题1、春秋笔法相传孔子编纂春秋时，按照自己的观点，对一些历史事件和人物作了评判，并选择他认为恰当的字眼来暗寓褒贬之意。这种以一字为褒贬，寓褒贬于叙事之中，含蓄谨严而带有倾向性的文字，人们就称为“春称笔法”。2、古文运动指发生在中唐贞元、元和时期和北宋时期，由韩愈、柳宗元和欧阳修领导的一次提倡散文、反对骈文的斗争运动，是一次文体、文风和文学语言的改革运动。3、气盛言宜韩愈继承孟子、曹丕的文气说，把文气和语言的关系形象地比喻为水和浮物的关系“气，水也；言，浮物也；水大而物之浮者大小毕浮。气之与言犹是也，气盛则言之短长与声之高下者皆宜。”（答李翊书）韩愈认为气指作家思想道德的自我完善和勤学若练、提高艺术水平两方面。韩愈明确指出作家思想道德和学识的好坏，一定要在文章中表现出来，强调作家必须提高道德和学识修养，文章才能气势充沛。4、四六文骈文讲究对偶、辞藻、用典、声律，句式以四字句、六字句为主，又因李商隐把他的骈文集取名为樊南四六，故骈文又称四六文。宋代的骈文叫宋四六。5、冨吴体初唐武则天时期，富嘉谟与吴少微，二人友善，好尚相同，文风相似，在当时作者中，自为一体，被称为富吴体，特点是力矫徐庾余风，以经典为本，崇尚典雅。6、燕许大手笔开元年间，张说、苏颋并称“燕许大手笔”。张说在玄宗时任中书令，封燕国公。苏颋在武则天时袭封许国公，玄宗时为宰相。朝廷的重要文件大多出于他二人之手，如为天子起草的制、敕，也有代群臣起草的表、状，所谓“大手笔”者，即指这类文字。7、简而有法欧阳修提出了“简而有法”的主张。“简”是指对题材的取舍剪裁，要意深言简，有高度的概括力；“法”是指艺术技巧，要写得生动形象，于含蓄中寓有褒贬。8、文理自然、姿态横生苏轼在答谢民师书中说“大略如行云流水，初无定质，但常行于所当行，常止于不可不止，文理自然，姿态横生。”所谓文理自然、姿态横生，指作家要无拘无束，自由抒写，又要波澜横生，千姿百态。文理要出于自然，姿态要千变万化。9、“童心”说李贽认为“童心者，真心也。若以童心为不可，是以真心为不可也。夫童心者，绝假纯真，最初一念之本心也。若失却童心，便失却真心；失却真心，便失却真人。”。李贽所谓“童心”、“真心”，就是我们平时常说的赤子之心和真情实感。李贽大声疾呼，强调“童心”之真，痛斥当时文坛之假，表明他主张发扬个性，抒写真情实感。10、义法方苞的古文主张。“义，即易之所谓言有物也；法，即易之所谓言有序也。”（又书货殖传后）就是说言之有物而文有条理。若结合方苞其他论述作总体的归纳，则“义”主要指文章的意旨、论断与褒贬，“法”主要指文章的布局、章法与文辞。三、简答题1、文辞简略，叙事简若大纲，往往一二短句便记一事，有点类似今天的标题新闻；寓褒贬于记事的“春秋笔法”；“简而有法”，用语严谨精确，一字不苟。2、语言铺张扬厉，辩丽恣肆。战国策主要记载纵横捭阖的策士之辞，这些说辞铺张扬厉、辩丽横肆，主要表现为极力铺陈排比，夸张渲染，在散体中包容着大量的骈辞俪句，具有辩丽恣肆，纵横驰骋的特点。3、战国策刻画冯谖形象，欲扬先抑，层层深入，愈转愈奇；还通过孟尝君左右之人对冯谖“笑之”、“恶之”，孟尝君对冯谖“市义”之举“不悦”等描写，来反衬冯谖的奇异性格和不凡见识。4、孔子的和蔼可亲、循循善诱、诲人不倦；子路的直爽鲁莽；冉有、公西华的谦逊谨慎；曾皙的淡泊洒脱；都给人留下了深刻的印象。5、孟子文章的突出特点是讲究论辩艺术。他特别注意论辩方法，讲究论辩技巧。善设机巧，引人入彀。6、墨子散文最大的特点是讲究逻辑。另一特点是崇尚质朴，不重文采。7、荀子中的比喻极富特色，常用一连串的比喻，层见叠出。如劝学“君子曰学不可以已。青，取之于蓝而青于蓝；冰，水为之而寒于水。”“故不登高山，不知天之高也；不临深渊，不知地之厚也；不闻先王之遗言，不知学问之大也”。类似的取譬设喻，几占全文之半。8、贾谊和晁错都主张重农抑商、削弱诸侯势力、抗击匈奴侵扰，为文皆疏直激切，尽所欲言。但贾谊颇有迂阔之论，不如晁错之文具体切实，极少空疏之谈。贾谊之文富于文采，有战国纵横之风；晁错之文气势恢宏，明快畅达，论析透辟，冷峻严谨，颇有先秦法家之风。9、建安时期的散文，突破了传统礼教规范的束缚，扫荡了经学牵强附会烦琐求证的作风，形成了清峻、通脱、骋词、华靡的文风。10、南北朝时期，文风趋向靡丽，语言更尚骈偶，散文逐渐被骈文取代。特别是南朝，贵绮丽，尚辞采，重骈俪，文坛是骈文的天下；北朝的文章尽管也注重骈偶，而文风却不同，贵质朴，尚征实，求朴野，散体的成就超过南朝。11、中唐时期，最富盛名的骈文家是陆贽。他的骈体文最突出的特点是不用典，不征事，不用华丽的辞藻，完全以自己浅近朴素的语言写出。12、古文运动的兴起是政治改革的需要，也是文体改革的需要。13、北宋古文运动和唐代古文运动在提倡古文这一点上是相同的，但也有不同之处第一是北宋古文运动是和诗歌革新运动密切地联系在一起的；第二是唐代古文运动在改革文风方面，主要是反对浮艳纤弱的文风，北宋古文运动除了要求革除浮艳纤弱的文风外，还要反对艰涩怪僻的倾向，这在一定程度上避免了唐代古文运动的缺陷。14、最初将这八个作家的散文作品编选成集刊行的，是明初朱右（一作佑）的八先生文集，可惜此书已不传，无法知道他把这八个作家的作品编选成集的初衷。后来唐顺之又有文编一书，选录唐宋散文作品，除韩、柳、欧、王、三苏和曾八人以外，它无所取。嘉靖时古文家茅坤在此基础上编选了唐宋八大家文钞，“唐宋八大家”一名，即由此而来。15、王安石的散文，政治思想性和学术性较强，行文简洁，笔力劲健，文风刚健峭拔。16、苏辙论文提倡“养气”说。他继承孟子的“养气”和韩愈的“气盛言宜”的主张，强调养气对文章的重要作用。苏辙所说的“气”，指作者的思想修养、精神状态，表现在作品里就是气势。“气”不是先天赋予的，而是靠后天培养的。养气包括两个方面，一是加强内心修养，二是增加阅历和见识。17、苏轼强调“辞达”。要使物既“形于心”又“形于手”，作者必须有高超的驾驭语言的能力，所以苏轼特别重视“辞达”，要求辞要达意、言能尽意。他在与王庠书中说“孔子曰辞达而已矣。辞至于达足矣，不可以有加矣。”答谢民师书也说“辞至于能达，则文不可胜用矣。”苏轼认为作家要对事物了然于心，了然于口与手，意之所至，笔亦随之，把客观事物和人们的微妙心灵准确地、恰如其分地用言辞表达出来。18、归有光的散文，从内容上看，大多记一些日常生活琐事，并无惊人的事件、曲折的过程，但由于作者善于捕捉生活中的细节，以小见大，于细微毫末处寄寓情意，给人的印象就异常深刻。从艺术上看，他善于即事抒情，用朴素简练的文笔剪辑刻划一些日常生活的断片，以寄托情感和理想，纡徐平淡，娓娓而谈，如叙家常，亲切动人，正所谓“无意于感人，而欢愉惨恻之思，溢于言语之外”。四、论述题1、先秦散文，特别是战国文章具有鲜明的特征首先，具有强烈的现实性和浓厚的政治色彩；其次，发愤著书；再次，文史哲三位一体；最后，“深于比兴”，“深于取象”。2、长于叙事；长于描写战争；长于描写外交辞令。3、塑造了姿态各异的人物形象；语言铺张扬厉，辩丽恣肆；善于运用比喻和寓言，把道理讲得深入浅出、鲜明惊醒而富有启发性。4、庄子是一个哲学家，同时又富于诗人气质，因而他常用艺术形象来阐明哲学道理；庄子散文想象丰富，构思奇特，形象怪谲；庄子散文词汇丰富，而又运用自如，善于对事物进行细致、生动的描绘。5、首先，在遭遇不平而发愤著书，通过著作鸣不平于天下后世这一点上，司马迁和放逐之后“乃赋离骚”的屈原是十分相似的；其次，史记能够通过对人物生活经历的具体描绘，栩栩如生地再现出人物的鲜明形象和性格特征。这种具有个性化色彩的人物描写，是史记的人物传记富于文学特征的又一个原因；再次，史记在描写历史人物时，寄寓著作者的褒贬和鲜明的爱憎感情。6、在政治思想方面，排斥了佛老，加强了儒家思想的统治地位；在文学方面，对文体、文风和文学语言进行了革新，确立了一种切合实际，便于表情达意的新散文，缩小了骈文的应用范围，产生了许多优秀的文学性散文，并由此促进了其它文学形式如传奇、变文的发展；在影响方面，对宋代的诗文革新运动、明代的前后七子的复古思潮、清代桐城派的散文，产生了深远的影响。7、文以载道；不平则鸣；气盛言宜；陈言务去、词必己出；不专一能、怪怪奇奇。8、最大的特色是议论与叙事紧密结合。前半部分侧重议论，针对污蔑许远的谬论进行驳斥，在驳斥中补叙许远的事迹。后半部分侧重叙事，着重记叙南霁云的动人事迹，并补叙了张巡、许远的一些轶事。前者之议论为后者叙事之“纲领”，后者之叙事是为前者之议论提供事实佐证。其次是人物形象刻画得鲜明突生动，光彩照人。再次，本文气势充沛，激情饱满，无论叙事抒情，作者的主观感情色彩均极为浓厚，饱含其对英雄的信任与景仰。9、韩愈领导了中唐的古文运动，提出了一整套古文理论主张，解决了以前散文家没有解决或没有解决好的问题。韩愈为