有機(jī)太陽(yáng)能電池的電極調(diào)控

【摘要】：由于在低成本太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的潛力，有機(jī)太陽(yáng)能電池吸引了廣泛的注意力。在過(guò)去的幾十年里，有機(jī)太陽(yáng)能取得了飛速的發(fā)展，新材料的開(kāi)發(fā)，活性層形貌修飾、調(diào)控，器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使得有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率不斷提高。通常，有機(jī)太陽(yáng)能電池由正負(fù)電極以及中間的活性層構(gòu)成。其中，活性層主要用來(lái)俘獲光子，產(chǎn)生激子而電極則負(fù)責(zé)載流子的收集，同時(shí)也對(duì)入射的光進(jìn)行反射，從而可以進(jìn)行二次吸收。因此，電極的反射率和載流子收集能力對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池效率的提高也起到很重要的作用。 現(xiàn)在，最常用的透明電極為ITO，因?yàn)槠湓诰哂辛己玫膶?dǎo)電能力的情況下，在可見(jiàn)光波段具有很高的光透射率。金屬Al和Ca則為常用的背電極材料。Ca電極有相對(duì)較低的功函數(shù)，但是在空氣中不穩(wěn)定，容易氧化，而Al的功函數(shù)又偏高，不利于能級(jí)的匹配，所以我們需要去尋找一些更合適的背電極。 本文運(yùn)用高真空熱蒸發(fā)鍍膜技術(shù)制備基于CuPc/C_(60)的有機(jī)小分子太陽(yáng)能電池。我們嘗試了兩種不同的電極：1）Sm:Al/Al復(fù)合電極；2）有微納結(jié)構(gòu)的電極。我們研究了器件的電流-電壓特性（J-V），外量子效率（EQE）及其他性能的改變，具體的工作如下： 1.稀土金屬釤在制備高對(duì)比率有機(jī)電致發(fā)光器件展現(xiàn)出了應(yīng)用前景，應(yīng)為Sm具有較低的功函數(shù)以及低反射率。在本項(xiàng)工作中，我們提出將Sm:Al/Al復(fù)合電極應(yīng)用于基于小分子材料CuPc/C_(60)的有機(jī)太陽(yáng)能器件中。結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，相比參照器件，具有復(fù)合電極的器件效率提高了64%。更重要的是，我們通過(guò)器件的優(yōu)化與調(diào)試，最終找到了一個(gè)背電極反射率和載流子收集能力的平衡點(diǎn)，在Sm:Al體積比為1:3的時(shí)候，是器件的效率達(dá)到了最大。 2.利用PDMS在固化過(guò)程中形成隨機(jī)褶皺的特性，我們制備了包含有微納結(jié)構(gòu)電極的柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池。首先，我們將加有固化劑的PDMS旋涂在PET基底上，用95的溫度退火處理20分鐘，然后在上面蒸鍍一層5nm厚Al膜，之后再用60的溫度退火2小時(shí)，使其固化。完成后我們?cè)赑DMS的表面上蒸鍍半透明的Ag膜作為小分子電池的陽(yáng)極，并在此基礎(chǔ)上制備基于CuPc/C_(60)的小分子電池。但是由于我們的工作還沒(méi)完成，器件的效率還很低，我們還需要更多的工作來(lái)探索PDMS褶皺的制備條件以及優(yōu)化電極的厚度來(lái)提高器件的整體效率。 【關(guān)鍵詞】：小分子 有機(jī)太陽(yáng)能電池 電極 Sm PDMS
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 新能源-太陽(yáng)能10-12
• 1.2 太陽(yáng)能電池及其分類12-15
• 1.2.1 硅太陽(yáng)能電池12-13
• 1.2.2 多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池13
• 1.2.3 納米晶太陽(yáng)能電池13-14
• 1.2.4 有機(jī)太陽(yáng)能電池14-15
• 1.3 有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展15-16
• 1.4 有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)16-20
• 1.5 有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本工作原理20-22
• 1.5.1 激子的產(chǎn)生20-21
• 1.5.2 激子的擴(kuò)散21
• 1.5.3 激子的分離21-22
• 1.5.4 電荷的傳輸與收集22
• 1.6 有機(jī)太陽(yáng)能電池的主要性能參數(shù)22-24
• 1.6.1 開(kāi)路電壓（Voc）23
• 1.6.2 短路電流（Isc）23
• 1.6.3 填充因子（FF）23-24
• 1.6.4 轉(zhuǎn)換效率（PCE）24
• 1.6.5 外量子效率（EQE 或者 IPCE）24
• 1.7 本論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)24-25
• 1.8 參考文獻(xiàn)25-28
• 2 有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備與表征28-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介28-32
• 2.1.1 高真空熱蒸發(fā)鍍膜儀28-29
• 2.1.2 太陽(yáng)能電池測(cè)試系統(tǒng)29-30
• 2.1.3 材料表征系統(tǒng)30-32
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料32-34
• 2.3 參考文獻(xiàn)34-35
• 3 Sm:Al/Al 復(fù)合電極在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用研究35-51
• 3.1 引言35-36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-37
• 3.2.1 ITO 基底的清潔36
• 3.2.2 太陽(yáng)能電池的制備36
• 3.2.3 太陽(yáng)能電池的測(cè)試與表征36-37
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論37-49
• 3.4 小結(jié)49
• 3.5 參考文獻(xiàn)49-51
• 4 基于微納結(jié)構(gòu)的半透明電極在有機(jī)太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用51-61
• 4.1 引言51-54
• 4.2 微納結(jié)構(gòu)的制備與表征54-55
• 4.3 太陽(yáng)能器件的制備55-56
• 4.4 結(jié)果與討論56-60
• 4.5 小結(jié)60
• 4.6 參考文獻(xiàn)60-61
• 5 全透明有機(jī)電致發(fā)光器件的電極研究61-69
• 5.1 引言61-63
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分63
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論63-68
• 5.4 小結(jié)68
• 5.5 參考文獻(xiàn)68-69
• 6 展望和總結(jié)69-70
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或者公開(kāi)發(fā)表的論著、論文70-71
• 致謝71-72

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