基于氧化鋅界面修飾層在有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：有機(jī)太陽能電池相比傳統(tǒng)硅基太陽能電池具有低成本、輕質(zhì)、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，成為了熱點(diǎn)研究方向之一。近幾年來，隨著新的活性材料和先進(jìn)加工工藝的發(fā)展，光電轉(zhuǎn)化效率迅速提高，目前實(shí)驗(yàn)室報(bào)道已經(jīng)達(dá)到10%左右。然而，由于傳統(tǒng)有機(jī)太陽能電池中的酸性空穴傳輸層PEDOT:PSS腐蝕ITO，且Al等低功函數(shù)電極容易被氧化，使得器件穩(wěn)定性變差。因此，研究人員開發(fā)了反向構(gòu)型的有機(jī)太陽能電池。在該類型器件結(jié)構(gòu)中，除了Ag、Au等高功函數(shù)電極和活性層外，活性層與ITO電極間的陰極界面層對(duì)器件的性能也會(huì)產(chǎn)生重要的影響。 在眾多的陰極界面材料中，ZnO作為界面層具有良好的透過率和環(huán)境穩(wěn)定性、制備簡單、低的結(jié)晶溫度以及高的載流子遷移率等優(yōu)點(diǎn)，引起了廣泛地關(guān)注。然而，ZnO納米粒子容易聚集且其表面有一定的缺陷，造成ZnO薄膜具有明顯的表面缺陷，使得與活性層擁有較差的界面接觸，導(dǎo)致嚴(yán)重的載流子復(fù)合。為此，本文主要從以下三個(gè)方面對(duì)ZnO界面層進(jìn)行修飾，并取得良好的效果。 (1)通過ZnO納米粒子與TiO2納米棒的溶液混合形成了混合界面層，與單一材料界面層相比，混合界面層與活性層具有良好的界面接觸，降低了接觸電阻和漏電流。同時(shí)，ZnO納米粒子增加了與活性層接觸面積，TiO2納米棒提供了電子傳遞的直接運(yùn)輸通道，所以，混合界面層提高了器件的電子收集和傳遞效率。進(jìn)而使得混合界面層的器件效率達(dá)到了8.82%。 (2)通過富勒烯衍生物PyC60對(duì)ZnO界面層修飾形成ZnO/PyC60雙層界面層，降低了ZnO的表面缺陷，改善了與活性層的接觸質(zhì)量，減少了活性層與ZnO界面層之間的電子注入勢(shì)壘，從而提高了電子收集，降低了漏電流的產(chǎn)生，器件效率達(dá)到了8.76%。 (3)通過調(diào)控混合溶劑(氯仿和甲醇)的比例的方法，降低ZnO納米粒子的聚集，形成粗糙度低、致密均一的ZnO薄膜。降低了漏電流的產(chǎn)生，提高了與活性層的接觸質(zhì)量，從而提高單一ZnO薄膜為界面層的器件的效率(8.58%)。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)太陽能電池 界面修飾 氧化鋅
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4;TQ132.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10-11
• 1.2 有機(jī)太陽能電池簡介11-15
• 1.2.1 有機(jī)太陽能電池的工作原理11-12
• 1.2.2 有機(jī)太陽能電池的性能參數(shù)12-13
• 1.2.3 有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)13-15
• 1.3 有機(jī)太陽能電池的界面材料15-16
• 1.4 ZnO 作為界面材料在有機(jī)太陽能電池中的應(yīng)用16-17
• 1.4.1 ZnO 在正向器件結(jié)構(gòu)中作界面層16
• 1.4.2 ZnO 在反向器件結(jié)構(gòu)中作界面層16-17
• 1.4.3 ZnO 界面層的修飾方法17
• 1.5 本論文研究內(nèi)容及意義17-20
• 第二章 ZnO 納米粒子與 TiO_2納米棒組成的混合界面層在反向有機(jī)太陽能電池器件中的應(yīng)用20-30
• 2.1 前言20-21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分21-22
• 2.2.1 主要原料及試劑21
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)表征儀器21
• 2.2.3 ZnO 納米顆粒的制備21-22
• 2.2.4 TiO_2納米棒的制備22
• 2.2.5 混合界面層溶液的制備22
• 2.2.6 器件的制備與表征22
• 2.3 結(jié)果與討論22-29
• 2.3.1 器件結(jié)構(gòu)、能帶及混合陰極界面層組成分析22-23
• 2.3.2 混合陰極界面層的光學(xué)分析23-25
• 2.3.3 混合陰極界面層的表面形貌分析25-26
• 2.3.4 混合陰極界面層的器件性能分析26-27
• 2.3.5 混合陰極界面層的熱退火溫度對(duì)器件性能影響27-28
• 2.3.6 混合陰極界面層的電荷傳遞分析28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 富勒烯酯基衍生物修飾的 ZnO 納米薄膜作為界面層在反向有機(jī)太陽能電池器件中的應(yīng)用30-42
• 3.1 前言30-31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分31-32
• 3.2.1 主要原料及試劑31
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)表征儀器31
• 3.2.3 ZnO 納米顆粒與 PyC_(60)溶液的制備31
• 3.2.4 器件的制備與表征31-32
• 3.3 結(jié)果與討論32-41
• 3.3.1 器件結(jié)構(gòu)與能級(jí)圖32-33
• 3.3.2 不同陰極界面層的器件性能分析33-34
• 3.3.3 不同陰極界面層的電學(xué)特性分析34-35
• 3.3.4 不同陰極界面層的透過率及 EQE 曲線分析35-36
• 3.3.5 不同陰極界面層的表面形態(tài)分析36-37
• 3.3.6 雙層界面層的表面電位和光致發(fā)光譜分析37-38
• 3.3.7 PyC_(60)膜厚對(duì)器件性能影響的分析38-40
• 3.3.8 器件穩(wěn)定性分析40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第四章 混合溶劑調(diào)節(jié)的 ZnO 納米薄膜作為界面層在反向有機(jī)太陽能電池器件中的應(yīng)用42-48
• 4.1 前言42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分42-43
• 4.2.1 主要原料及試劑42
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)表征儀器42-43
• 4.2.3 器件的制備與表征43
• 4.3 結(jié)果與討論43-47
• 4.3.1 器件結(jié)構(gòu)與能級(jí)圖43-44
• 4.3.2 不同溶劑比的 ZnO 界面層的器件性能分析44
• 4.3.3 不同溶劑比的 ZnO 納米顆粒粒徑分布分析44-46
• 4.3.4 不同溶劑比的 ZnO 薄膜的表面形態(tài)分析46-47
• 4.4 總結(jié)47-48
• 第五章 總結(jié)與展望48-50
• 5.1 總結(jié)48
• 5.2 展望48-50
• 參考文獻(xiàn)50-58
• 致謝58-60
• 附錄 A 碩士期間發(fā)表的論文60-62
• 附錄 B62-63

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