有机太阳能电池实验报告

有机太阳能电池实验报告

页码1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和流程，熟悉相关的加工处理和分析测试设备工作原理和使用方法，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和规范开展实验，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、原理和方法。

四、实验内容和实验步骤

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 和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、丙酮和异丙醇中超声清洗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）。

页码2 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：滴加和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和手套。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。

页码3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。

2P3HT: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