非富勒烯有机光伏薄膜的刮涂制备及原位监测研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

光伏太阳能电池利用光伏效应将太阳能转化为电能。在过去的几十年中,有机光伏器件(opvs)已经崛起为太阳能电池技术领域的一个有前途的体系。opvs通常在其光活性层中包含至少两种类型的半导体元件,电子供体(d)在光致激发时产生激子,电子受体(a)在电子被转移并输送到电极时以产生电流。opvs的d-a方案由于其解决方案可处理、成本效益高,并且在工业生产中具有潜在的可扩展性,因此很快受到欢迎。有机材料在供体和受体材料中都具有可调谐的能隙和能级,这为这一领域提供了重要的研究机会。opvs的结构已经从低效率的双层d-a异质结发展到混合d-a相体异质结(bhj)结构。在bhj太阳能电池中,一个显著的亮点是富勒烯衍生物作为受体材料的使用,特别是[6]-苯基-c61-丁酸甲酯(pc61bm或简称pcbm)。从2000年代流行起来,供体聚合物与富勒烯受体的混合迅速发展,单结电池中的功率转换效率(pce)约为11%。聚合物富勒烯系统无疑是实现高pce的一个非常成功的途径,在过去的十年中,富勒烯是受体分子的选择,而不是其聚合物和小分子对应物。这可能是因为富勒烯基bhj opvs的加工相对容易,且pce快速提高。尽管已经作出了一些努力来调整富勒烯受体的能量水平,但最常见(未调整)的富勒烯衍生物pc61bm和pc71bm仍然是主要的富勒烯受体。然而,近几年来,由于几个原因进展缓慢:富勒烯衍生物在高纯度下合成成本高,采光能力差,带隙小,电子可调性有限。富勒烯纳米粒子也倾向于在固体光活性层中迁移和聚集,因此降低了设备的效率和寿命。这意味着,尽管对新型聚合物供体进行了研究,但这些固定的富勒烯衍生物的局限性限制了进展,目前还不可能取得重大进展。鉴于对bhj d-a opvs的研究越来越多,现在越来越多地涉及新的非富勒烯受体材料的开发的研究。事实上,从2007年詹氏聚二亚胺(pdi)受体开始,广泛的n型小分子受体(smas)已成为一种研究非富勒烯太阳能电池可行的途径,这也更加克服了其富勒烯对应物的不足。于是,过去几年来,伴随着设备效率的提高smas成功地应用于非富勒烯opvs。许多研究人员已经证明得到pce超过10%的器件,并在对用于提高设备性能的供体-受体相容性、能级可调性、分子设计和处理技术的理解方面取得了重大进展。

另外相比旋涂法成膜,刮涂或棒涂法制备薄膜有助于节约原材料并利于大面积制备。并且刮涂或棒涂法能够更加有效的改善薄膜的表面形貌,从而得到器件pce的提高。

考虑社会、健康、安全、成本以及环境等因素:

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:

1.基于非富勒烯的倒置器件结构:由下至上分别为ito玻璃、zno电子传输层、活性层、moo3、银电极。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-7周:按照设计方案,利用棒涂法制备非富勒烯有机光电器件并进行优化。

第8-12周:通过椭偏仪对棒涂法制备的非富勒烯薄膜进行原位监测并进行建模及拟合。

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4. 参考文献(12篇以上)

1.wang, t., dunbar, a. d. f., staniec, p. a., pearson, a. j., hopkinson, p. e., macdonald, j. e. et al. the development of nanoscale morphology in polymer: fullerene photovoltaic blends during solvent casting. soft matter.2010,6(17), 4128-4134.

2.richter, l. j., delongchamp, d. m., bokel, f. a., engmann, s., chou, k. w., amassian, a., et al. in situ morphology studies of the mechanism for solution additive effects on the formation of bulk heterojunction films. adv. energy mater. 2015,5, 1400975.

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