烷基二硫醇掺杂提高窄带隙聚合物ppt课件

1、烷基二硫醇掺杂提高窄带隙烷基二硫醇掺杂提高窄带隙聚合物太阳能电池的效率聚合物太阳能电池的效率朱斌朱斌目录目录研究背景及意义研究背景及意义研究原理及现状研究原理及现状科研思路及实验方法科研思路及实验方法结果与讨论结果与讨论研究背景及意义研究背景及意义高电荷分离效率高电荷分离效率可溶液中加工可溶液中加工低制造成本低制造成本可涂覆与柔性基板可涂覆与柔性基板薄膜太阳能电池：薄膜太阳能电池： 无机柔性太阳能电池无机柔性太阳能电池 染料敏化柔性太阳能电池染料敏化柔性太阳能电池 聚合物聚合物/ /有机柔性太阳能电有机柔性太阳能电池池CIGS、CdTe、ZnS、FeCuS2共轭聚合物共轭聚合物/富勒烯富勒烯

2、有机太阳能电池作为一种新型的电池，以其独有的特点，不断的吸引着更多的人投入到这个领域的研究和开发中来。其发展速度之快也得益于其独有的优点和特性。化合物分子可设计性材料轻便制造加工成本低样式多样化便于制造大面积柔性电池当然目前来看有机太阳能器件仍有不少缺点当然目前来看有机太阳能器件仍有不少缺点材料迁移率低，高体电阻，从而导致能量转换率低。材料迁移率低，高体电阻，从而导致能量转换率低。材料稳定，耐久性不够好，电池寿命短。材料稳定，耐久性不够好，电池寿命短。 当然从目前世界上有机太阳能研究的状况来当然从目前世界上有机太阳能研究的状况来看虽然存在这些缺点，但是相对于制造无机电池的看虽然存在这些缺点，但

3、是相对于制造无机电池的高昂代价来讲，无机太阳能的研究仍旧有很强大的高昂代价来讲，无机太阳能的研究仍旧有很强大的生命力。生命力。研究现状研究现状 有机太阳能电池是一种正在进行研究的新型电池。有机太阳能电池这个概念貌似很新，但其实它的历史也不短跟硅基太阳能电池的历史差不多 。 第一个有机光电转化器件是由Kearns和Calvin在1958年制备的，其主要材料为镁酞菁(MgPc)染料，染料层夹在两个功函数不同的电极之间。在那个器件上，他们观测到了200 mV的开路电压，光电转化效率低得让人都不好意思提 。 1986年，柯达公司的邓青云博士. 光电转化效率达到1左右。时至今日这种双层膜异质结的结构仍然

4、是有机太阳能电池研究的重点之一。 1992年，土耳其人Sariciftci发现，激发态的电子能极快地从有机半导体分子注入到C60分子而反向的过程却要慢得多1993年，Sariciftci在此发现的基础上制成PPV/C60双层膜异质结太阳能电池。以后，以C60为电子受体的双层膜异质结型太阳能电池层出不穷。 研究人员在此类太阳能电池的基础上又提出了一个重要的概念：混合异质结(体异质结) 体异质结太阳能电池：施主材料和受主材料的界面不在是界面，它们混在一起形成复杂的界面施主材料：给出电子、吸收空穴、共轭聚合物受主材料：吸收电子、给出空穴、富勒烯施主材料施主材料受体材料受体材料1 1、电子给体吸收光子

5、形成激子、电子给体吸收光子形成激子 2 2、激子扩散到给体、激子扩散到给体/ /受体界面上受体界面上 3 3、在界面上激子分离为自由电子和空穴、在界面上激子分离为自由电子和空穴4 4、自由载流子在内建电场作用下移动到两个电极、自由载流子在内建电场作用下移动到两个电极上。上。研究现状研究现状1.有机材料的吸光能力-迄今最有效的体相异质结采用P3HT和C61-PCBM存在问题：P3HT和C61-PCBM吸光光谱较窄2.载流子迁移效率-过去几十年，利用后续热处理控制体相异质结形貌来提高转换效率，退火的应用允许材料进行重新的组织形成一定的晶态和良好的双联通结构，进而改善迁移率存在问题：有可能热处理无效

6、科研思路及实验方法科研思路及实验方法有机材料的选择：给体材料：P3HT PCPDTBT受体材料：C61-PCBM C71-PCBM 调查使用稳定烷链硫醇金纳米粒子在聚合物太阳能电池中的应用，发现加入少量烷基硫醇，可以改善P3HT/PCBM的相分离-提供不需要热处理就可以控制体相异质结材料形貌的可能性改良改良改良改良科研思路科研思路实验方法实验方法ITOglass substratPCPDTBT/C71-PCBMITOglass substratPCPDTBT/C71-PCBMAL10mg/mlPCPDTBT20mg/mlC71-PCBM24mg/ml不同不同烷基二硫醇烷基二硫醇溶于氯苯溶于氯苯

7、ITOglass substrat表征：1：紫外可见光吸收光谱、红外光谱和拉曼光谱2 PCPDTBT:C71-PCBM器件的I-V特征图谱3 a.光电转换效率图谱 b.PCPDTBT:C71-PCBM器件的I-V特征图谱4 AFM 观察形貌 紫外紫外- -可见光吸收光谱可见光吸收光谱PCPDTBT/C71-PCBM1,8-辛基二硫醇辛基二硫醇1,6-己基二硫醇己基二硫醇1,4-丁基二硫醇丁基二硫醇1,3-丙基二硫醇丙基二硫醇红外光谱与拉曼光谱表征结果表明室温下，真空干燥十分钟后，膜上无醇硫残留。 PCPDTBT/C71-PCBM PCPDTBT/C71-PCBM器件器件I-VI-V特征图谱特征

8、图谱PCPDTBT/C71-PCBM1,4-丁基二硫醇丁基二硫醇1,6-己基二硫醇己基二硫醇1,8-辛基二硫醇辛基二硫醇 PCPDTBT/C71-PCBM PCPDTBT/C71-PCBM光电转换效率图谱光电转换效率图谱退火处理的退火处理的P3HT/C61-PCBMPCPDTBT/C71-PCBM1,8-辛基二硫醇辛基二硫醇参考图谱参考图谱未退火的未退火的P3HT/C61-PCBM PCPDTBT/C71-PCBM PCPDTBT/C71-PCBM器件器件I-VI-V曲线曲线1,8-辛基二硫醇辛基二硫醇未掺杂未掺杂XRD谱图 未经硫醇处理和经过硫醇处理的PCPDTBT/C71-PCBM混合物都没有结晶的迹象。因此效率的提高有可能是由于异质结处形貌的变化导致载流子产生效率和载流子的寿命提高。PCPDTBT/C71-PCBM膜膜AFM形貌图谱形貌图谱1,8-辛基二硫醇辛基二硫醇1,6-己基二硫醇己基二硫醇1,4-丁基二硫醇丁基二硫醇1,9-壬二硫醇壬二硫醇无添加无添加总结总结 研究预测通过改善活性层形貌，PCPDTBT基器件能显著提高电流量和填充因子。在热处理已经对异质结太阳能电池的形貌不起作用时，现在提