试议太阳能电池π-共轭聚合物和富勒烯混合薄膜中长寿命光激发态

论文导读：
摘要：有机太阳能电池是二十世纪90年代以来进展的新型太阳能电池,具有低成本、超薄、质量轻、制作工艺简单、可制备大面积柔性器件等突出优点,有重要进展和运用前景,已成为当今新材料和新能源领域最富活力的探讨前沿之一。作为该领域的重要分支,近年来,π-共轭聚合物太阳能电池,实现有效的激子扩散到电荷分离界面,使能量转换效率增加,引起了人们广泛的关注。其中长寿命光激发态的复合及其衰减动力学对电池的性能有着重要的影响。然而,在毫秒时间范围的光激发态的复合历程仍然是一个有争议的不足。为此,我们利用连续波光致吸收光谱探讨RR-P3HT/PCBM和MEH-PPV/PCBM混合薄膜中的长寿命光激发态的动力学。本论文中,我们搭建了一套光致发光、光致吸收光谱测试系统,利用Labview编程实现了对系统各部件的计算机自动制约和数据采集,系统能够达到较高的信噪比,可以对微弱信号进行探测。利用搭建的光谱测试系统,我们利用连续波光致吸收光谱对两种典型的π-共轭聚合物RR-P3HT薄膜、MEH-PPV薄膜、以及π-共轭聚合物/富勒烯RR-P3HT/PCBM混合薄膜、MEH-PPV/PCBM混合薄膜,进行光谱测量,重点探讨了在不同激发强度和温度下两种混合薄膜中的长寿命光激发态。得出了如下主要结论：(1)在毫秒时间范围,RR-P3HT/PCBM混合薄膜中的离域极化子(DP)和局域极化子(LP)和MEH-PPV/PCBM混合薄膜中的极化子均显示出受缺陷态影响的分散的双分子复合历程。极化子的平均寿命与泵浦强度(Ⅰ)的平方根成反比。(2)DP和LP的复合是热活化历程。在具有微晶域的RR-P3HT/PCBM混合薄膜中极化子的复合受温度依赖较弱,具有较小的热活化能,在激光强度近似为一个太阳常数下,DP和LP复合的热活化能分别是25meV和13meV；而在非晶态MEH-PPV/PCBM混合薄膜中,极化子复合的热活化能是160meV。表明薄膜的形态的确决定复合的活化能。在实际制造一个最佳的器件之前,活化能的测量可能运用于评估并选择一个合适的聚合物给体材料。(3)在毫秒时间范围LP和DP都是本征的光激发态。并得出提升有机太阳能电池性能的关键之一是设计聚合物分子具有较少的一维特性(即较少的LP)。关键词：聚合物太阳能电池论文极化子论文泵浦探测论文光致发光论文光致吸收论文
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Abstract4-8
1 共轭聚合物介绍8-20

1.1 共轭聚合物的电子结构9-12

1.2 共轭聚合物的激发产物12-17

1.2.1 极化子12-13

1.2.2 激子13-17

1.3 有机材料中与光谱测量相关的概念及电子历程17-20

1.3.1 基态与激发态17-18

1.3.2 非辐射衰变历程18

1.3.3 光吸收和发射18-20

2 实验技术20-37

2.1 光谱测量技术介绍20-27

2.

1.1 吸收光谱测量技术20-21

2.

1.2 光致发光(PL)光谱测量技术21-22

2.

1.3 光致吸收(PIA)光谱测量技术22-24

2.

1.4 调制光谱24-27

2.2 光致发光、光致吸收光谱测试系统27-37

2.1 主要仪器介绍27-33

2.2 光谱测量系统的搭建33-35

2.3 光谱测量历程35-37

3 RR-P3HT、RR-P3HT/PCBM光谱探讨37-50

3.1 引言37

3.2 薄膜样品的制备与测试37-41

3.

2.1 实验材料37-39

3.

2.2 薄膜样品的制备39-41

3.

2.3 光谱的测量41

3.3 结果与讨论41-49

3.1 RR-P3HT薄膜的光谱41-43

3.2 RR-P3HT/PCBM混合薄膜的光谱43-49

3.4 小结49-50

4 MEH-PPV、MEH-PPV/PCBM光谱探讨50-60

4.1 引言50

4.2 薄膜样品的制备与测试50-51

4.

2.1 实验材料50-51

4.

2.2 薄膜样品的制备51

4.

2.3 光谱的测量51

4.3 结果与讨论51-59
4.

3.1 MEH-PPV薄膜的光谱51-56

4.

3.2 MEH-PPV/PCBM混合薄膜的光谱56-59

4.4 小结59-60
5 结论60-61
致谢61-62
参考文献62-66