有机太阳能电池实验报告
实验项目名称P3HT-PC61BM 体异质结聚合物太阳能
电池器件制作与性能测试
实验日期
指导老师
实验者
学号
专业班级
第一部分:实验预习报告
一、实验目的
通过在实验室现场制作P3HT-PC61BM 聚合物体异质结太阳能电池器件以及开展电池性能测试,了解有机太阳能电池的制作工艺与流程,熟悉相关的加工处理与分析测试设备工作原理与使用方法,加深对有机太阳能电池的感性认识,提高学生的实际操作能力,培养学生对科学研究的兴趣。
二、实验仪器
电子分析天平、加热磁力搅拌器、超声仪、紫外臭氧清洗系统、旋涂仪、
惰性气体操作系统、真空蒸镀系统、太阳光模拟器、数字源表、台阶仪
三、实验要求
1、严格按照实验室要求与规范开展实验,未经允许不得随意触摸或按动设备开关或按钮以及设备控制系统。
2、实验期间保持室内安静,保持实验室内清洁卫生。
3、熟悉有机太阳能电池加工与测试相关设备、原理与方法。
四、实验内容与实验步骤
1.聚合物体异质结加工溶液的配制(活性层P3HT:PCBM 溶液的配制)
在手套箱外称取所需的P3HT 5、6mg 与PCBM 5、6mg,混合好装入带有磁子的5mL 瓶子中,转移到手套箱中;用一次性注射器吸取0、33mL oDCB(邻二氯苯)溶剂,配成17mg mL-1的溶液,放到加热台(加热台需要 5 分钟的稳定时间)上,设置温度为85℃,搅拌1h 后,冷却至室温待用。
2.导电玻璃表面清洁与处理。
A.首先确认ITO 面,用万用电表(打到Ω档)测试其表面电阻,有电阻的一面为ITO,在其反面的边缘处刻‘上’字(见下图)。
将ITO 依次放到去离子水、丙酮与异丙醇中超声清洗10 分钟。
每次超声完毕,用镊子取出ITO,用同样的溶剂反复冲洗两面三次,之后用氮气枪迅速吹干,立刻放到盛有下一种溶剂的容器中清洗。
最后将用氮气枪吹干的ITO 转移到六孔板中转移至紫外/臭氧清洗机(操作详见其说明)中,将ITO面朝上,表面清洁处理10 分钟后,将ITO 取出并置于六孔板中待旋涂PEDOT:PSS(ITO 面朝下)。
B.在ITO 表面旋涂PEDOT:PSS(PH750)层
将清洗后的ITO 玻璃置于旋涂仪的托盘上,ITO 面朝上,然后将约9 滴PH750(约0、3mL)分散液滴到ITO 上,以4000 rpm 的速度旋涂60 秒(将第I 档设为0 秒,只用第II 档),得到月40nm 厚的PEDOT:PSS。
在滴加PH750前用氮气枪吹走ITO 表面灰尘,滴时滴管距ITO 为 1 厘米,旋涂时加盖。
旋涂PEDOT:PSS 后的ITO 置于加热台上在150℃下加热20min 焙干,然后将上述涂有PEDOT:PSS 膜的ITO 玻璃转移至MB10 手套箱中。
3.聚合物体异质结薄膜制备。
在MB10 手套箱中,将涂有PEDOT:PSS 膜的ITO 玻璃置于旋涂仪的托盘上,在PEDOT:PSS 膜表面上滴9 滴(约0、08mL)配好的活性层溶液,在转速为500rpm 下旋涂1min,然后将导电玻璃放到玻璃培养皿中,盖上盖子,待活性层薄膜自然干燥。
®注意:滴加与旋涂操作过程中不要将溶液滴洒在手套箱内,否则尽快用无尘布擦拭干;任何可能泄露溶液的操作都用无尘布保护;移动滴管时手抓玻璃管而不就是胶帽;用完的滴管放到240mm*180mm 的加厚自封袋中,谨防滴管扎破自封袋与手套。
所有产生的废弃品一律及时放入自封袋中并转出手套箱。
4.电池阴极材料蒸镀。
将干燥后的ITO/PEDOT:PSS/P3HT-PC61BM/基片转移至MB20 手套箱中,通过蒸镀模具载入到蒸镀腔中,在老师指导下进行真空热蒸镀电池阴极金属材料。
5.电池性能测试与分析。
蒸镀金属后得到的器件如下图所示,每块玻璃上有8 块电池器件,蓝色部分表示金属Ca/Al,黄色部分为ITO 面,将其放到测试模具中进行测试,此面朝上。
斜线部分为器件的有效部分,面积为9mm2。
在每次开始测试之前需用标准电池校准光强。
将略宽一些的ITO 长条一端的膜用剪刀刮掉,放到器件测试模具中,接好电极进行测试。
数据的保存格式:20130526 姓名班级学号数据的处理:采用Origin 中处理I-V 数据,得到J-V 曲线。
6.聚合物体异质结薄膜厚度测试。
采用DEKTAK XT profilometer 测试P3HT:PCBM 活性层材料的厚度,并作记录。
第二部分:实验过程记录
1 在ITO表面旋涂PEDOT:PSS(PH750)层
a、用镊子将已处理的ITO玻璃先置于氮气枪下吹走附着物,然后以ITO面
朝上的状态置于旋涂仪的托盘上,摁下真空吸附使得玻璃被固定。
b、用移液枪将约0、3ml以配好的PH750分散液分散均匀滴到ITO玻璃上,
并使溶液均匀覆盖到玻璃上。
c、以4000rpm速度旋涂60秒。
d、取下已处理的玻璃置于150℃的加热台中烘干20min。
2 P3HT:PC61BM 的BHJ 薄膜的旋涂
预备:(非本人操作)将涂有PEDOT:PSS 膜的ITO 玻璃转移至MB10 手套箱中。
a、在MB10 手套箱中,用镊子将涂有PEDOT:PSS 膜的ITO 玻璃置于旋
涂仪的托盘上,并使之被真空吸附固定。
b、用移液枪移取约0、08ml配好的活性层溶液均匀滴在涂有PEDOT:PSS
膜的玻璃上。
c、以500rpm速度旋涂60秒。
d、将导电玻璃放到玻璃培养皿中,盖上盖子,并记录序号为2。
3 光伏性能测试
预备:(非本人操作)干燥并蒸镀电池阴极Ca(20nm)/Al(80nm)。
a、将略宽一些的ITO长条的一端的膜用镊子刮掉,并用镊子将玻璃移至器
件测试模具中,旋调螺丝固定。
b、将红色的两根线同时接在中间三条接线柱的中间一条,将黑线同时接入
八块电池器件对应的接线柱之一,然后启动测试仪器,保存数据。
第三部分:数据分析与处理
1、实验测出的I-V曲线图
-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.8 1.0 1.2
-0.008-0.006
-0.004
-0.002
0.000
0.002
0.004
I /A E /V
1 2 3 4 5 6
2、实验处理得到的J-V 曲线图 -0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.8 1.0 1.2-1000
-800
-600
-400
-2000
200
400
J (A /m 2
)E /V
1 2 3 4 5 6
3、实验测定效率。