Pentacene/C_(60)異質(zhì)結(jié)有機小分子太陽能電池制備及特性研究

【摘要】：自1986年Tang等人制得第一個雙層太陽能電池以來,有機太陽能電池引起了人們廣泛的興趣。與傳統(tǒng)無機太陽能電池相比,有機太陽能電池擁有低制作成本、輕便和可彎曲性等潛在優(yōu)勢。在有機太陽能電池整個領(lǐng)域,其中有機小分子太陽能電池發(fā)展迅猛。有機小分子異質(zhì)結(jié)太陽能電池存在給體-受體界面,激子可以在界面進行有效地分離。同時,由于電子和空穴可以分別在不同的材料傳輸,大大降低了電子和空穴的復(fù)合?；谝陨线@些原因,有機異質(zhì)結(jié)太陽能電池比單層器件更有優(yōu)勢。pentacene具有較長的激子擴散長度,并擁有較高空穴遷移率和可觀的可見光譜吸收,是有機小分子太陽能電池中一種很有潛力的P型有機小分子材料。自從Sariciftci報道發(fā)現(xiàn)了超快的光誘導(dǎo)電子從給體傳輸?shù)礁焕障┓肿覥60以來,C60已成為制作有機小分子電池最常用受體材料。因此本文研究了pentacene/C60異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的有機小分子太陽能電池。主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 首先,我們使用ITO為底電極、金屬Al為頂電極,有機小分子Pentacene和C60作為有機中間層,利用真空熱蒸發(fā)方法制備了ITO/Pentacene/C60/Al異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)有機小分子太陽能電池。但是制備的器件性能很差而且在隨后的時間里,我們發(fā)現(xiàn)了器件明顯的性能衰減。 其次,我們制備了以bathocuproine (BCP)作為緩沖層的器件,結(jié)構(gòu)為ITO/Pentacene/C60/BCP/Al。引入緩沖層后,器件的性能得到了大幅度提高。BCP的作用主要有三個方面,一個是作為緩沖層保護器件的有機層。不僅可以隔絕空氣中的水、氧等侵入有機層,還可以減輕在蒸鍍A1電極的過程中由于金屬原子侵入C60層而引起導(dǎo)電性下降,利于載流子向電極的輸運,從而減小了器件的電阻,增加了短路電流密度；二是作為空穴阻擋層,減少Al電極附近電子和空穴的復(fù)合；三是作為激子阻擋層,減少電極附近激子的復(fù)合。 再次,我們使用電子遷移率比BCP高一個數(shù)量級的8-hydroxy-quinoline aluminium (Alq3)代替BCP作為緩沖層,器件結(jié)構(gòu)為ITO/Pentacene/C60/Alq3/Al。引入緩沖層后,電池效率從0.18%提高到0.37%。對于用Alq3作緩沖層的器件,一方面由于Alq3具有更大的遷移率,更有利于光生電子通過緩沖層到達Al電極；另一方面由于Alq3對氧更強的阻擋能力,而且其耐受水的能力也要比BCP強,不易結(jié)晶。從而器件的性能更好、更穩(wěn)定。 最后,為了進一步提高電池性能,我們在制備ITO/Pentacene/C60/Alq3/Al器件前對ITO進行了紫外臭氧處理,器件的性能得到了大幅度提高。經(jīng)紫外臭氧處理,一方面優(yōu)化了ITO的表面形貌,改善了ITO與有機層的接觸；另一方面,提高了ITO的功函數(shù),增大了短路電流密度和開路電壓。 最優(yōu)化太陽能電池器件性能的各特征參數(shù)為Jsc=3.6mA/cm2,Voc=385mV, FF=0.40,η=0.55% 【關(guān)鍵詞】：有機小分子太陽能電池 pentacene/C_(60)異質(zhì)結(jié) BCP AIq_3 紫外臭氧
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 目錄6-8
• CONTENTS8-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 符號說明14-16
• 第一章 緒論16-36
• 1.1 太陽能電池16-19
• 1.1.1 太陽能電池發(fā)展背景16-17
• 1.1.2 太陽能電池簡介17-19
• 1.2 有機太陽能電池19-30
• 1.2.1 有機半導(dǎo)體材料19-20
• 1.2.2 有機太陽能電池簡介及發(fā)展20-21
• 1.2.3 有機太陽能電池工作原理21-24
• 1.2.4 有機太陽能電池結(jié)構(gòu)24-28
• 1.2.5 太陽能電池測試的標(biāo)準條件28-30
• 1.3 本論文主要研究目的和內(nèi)容30-32
• 參考文獻32-36
• 第二章 樣品的制備與測試36-54
• 2.1 實驗材料的準備36-39
• 2.1.1 電極材料36-37
• 2.1.2 有機半導(dǎo)體材料37-39
• 2.2 樣品的制備39-48
• 2.2.1 真空蒸發(fā)原理39-40
• 2.2.2 真空熱蒸發(fā)設(shè)備40-42
• 2.2.3 樣品制備過程42-48
• 2.3 樣品的測試48-52
• 2.3.1 膜厚的測試48-50
• 2.3.2 薄膜表面形貌的測試50
• 2.3.3 I-V測試50-52
• 參考文獻52-54
• 第三章 Pentacene/C_(60)異質(zhì)結(jié)有機太陽能電池器件54-74
• 3.1 有機太陽能電池的等效電路與性能表征55-58
• 3.2 ITO/Pentacene/C_(60)/Al器件58-61
• 3.3 ITO/Pentacene/C_(60)CP/Al器件61-64
• 3.4 ITO/Pentacene/C_(60)/Alq_3/Al器件64-67
• 3.5 ITO紫外臭氧處理67-71
• 參考文獻71-74
• 第四章 結(jié)論與展望74-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄76-78
• 致謝78-80
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表80

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