有機(jī)太陽能電池中電極修飾的研究

【摘要】：由于有機(jī)太陽能電池具有制備簡單、成本低廉、能生長于柔性襯底以及可大面積制備等優(yōu)勢,所以受到了越來越多的關(guān)注,并且獲得了很大的發(fā)展。但是現(xiàn)階段的有機(jī)太陽能電池仍存在著轉(zhuǎn)換效率低下,物理機(jī)理不明等問題,一直無法商業(yè)應(yīng)用。本文實驗中我們利用實驗室現(xiàn)有條件結(jié)合當(dāng)前研究進(jìn)展主要做了以下研究： 首先,我們引入ZnO和MoO3作為陰極和陽極的修飾層,優(yōu)化了基于P3HT:PCBM的有機(jī)太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工藝條件。結(jié)果表明退火對器件的影響很大,發(fā)現(xiàn)最佳退火條件是氮氣環(huán)境下160℃下退火30min；制備了倒置結(jié)構(gòu)和正置結(jié)構(gòu)下四種不同器件結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽能電池,通過對比分析了他們的優(yōu)劣得出結(jié)論倒置結(jié)構(gòu)比正置結(jié)構(gòu)效率更高,器件結(jié)構(gòu)為ITO/ZnO/P3HT:PCBM/MoO3(10nm)/Al(70nm)的有機(jī)太陽能電池的效率達(dá)到了2.9%。同時我們還研究了單載流子器件的電流電壓特性,結(jié)果表明P3HT：PCBM層中起主要導(dǎo)電作用的是空穴載流子。 其次,我們還研究了基于P3HT:PCBM倒置結(jié)構(gòu)的太陽能電池的載流子運(yùn)輸情況。從理想因子的計算結(jié)果(1.55)我們知道這并非是理想的熱電子發(fā)射模型,而且在有機(jī)無機(jī)材料的界面產(chǎn)生了大量的界面態(tài)。從C-V測試中得到的勢壘高度要大于從I-V測試所得,這是由于有機(jī)層界面的不均勻和存在界面態(tài)所導(dǎo)致。利用光照下的I-V測試,我們得到了該電池的開路電壓、短路電流、填充因子和能量轉(zhuǎn)化效率分別是0.57V、8.2mA/cm2、61%、2.9%。 最后我們還研究了利用CuI作為模板層來修飾基于CuPc/C60的有機(jī)太陽能電池。通過引入CuI模板層,太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)達(dá)到了2.55%,增加了約70%。由于CuI和CuPc之間存在著很強(qiáng)的作用力,導(dǎo)致CuPc分子的堆積方式發(fā)生了變化,由原來的站立式堆積變成躺式堆積。這一變化使得光吸收增加了約65%,并且提高了載流子的遷移率和使得薄膜表面更加平整。通過XPS和UPS的研究,我們發(fā)現(xiàn)在ITO/CuI界面,負(fù)電荷由ITO向CuI層移動形成偶極子層,導(dǎo)致了陽極的功函數(shù)增加,減小了空穴的收集勢壘。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)太陽能電池 倒置結(jié)構(gòu) 載流子運(yùn)輸 碘化亞銅 分子堆積方式
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 有機(jī)太陽能電池的研究意義及發(fā)展現(xiàn)狀9-12
• 1.3 有機(jī)太陽能電池常用材料12-14
• 1.3.1 電子給體材料12-13
• 1.3.2 電子受體材料13-14
• 1.4 有機(jī)太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)14-16
• 1.4.1 單層器件結(jié)構(gòu)15
• 1.4.2 雙層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)15
• 1.4.3 體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)15
• 1.4.4 疊層結(jié)構(gòu)太陽電池15-16
• 1.5 本論文的主要工作16-17
• 2 有機(jī)太陽能電池的制備與測試分析17-28
• 2.1 引言17-19
• 2.2 有機(jī)太陽能電池的參數(shù)表征19-22
• 2.3 有機(jī)太陽能電池實驗設(shè)備與實驗技術(shù)22-28
• 2.3.1 真空蒸鍍機(jī)22
• 2.3.2 旋涂儀器22-23
• 2.3.3 模擬太陽光系統(tǒng)23
• 2.3.4 電流-電壓測試系統(tǒng)23-24
• 2.3.5 電容-電壓測試系統(tǒng)24-25
• 2.3.6 吸收譜、透射譜測試系統(tǒng)25
• 2.3.7 掃描電子顯微鏡SEM25-26
• 2.3.8 X射線光電子能譜XPS26-27
• 2.3.9 X射線衍射XRD27-28
• 3 基于P3 HT：PCBM活性層有機(jī)太陽能電池的制備和研究28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 基于P3HT：PCBM的倒置結(jié)構(gòu)和正置結(jié)構(gòu)有機(jī)太陽能電池的制備28-29
• 3.3 實驗結(jié)果與討論29-33
• 3.3.1 基于P3HT：PCBM的單載流子器件導(dǎo)電機(jī)制的研究29-30
• 3.3.2 不同條件下退火對基于P3HT：PCBM有機(jī)太陽能電池的影響30-31
• 3.2.3 基于P3HT：PCBM的倒置結(jié)構(gòu)和正置結(jié)構(gòu)有機(jī)太陽能電池性能的研究31-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 4 基于P3HT：PCBM的倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)太陽能電池的載流子運(yùn)輸機(jī)制研究34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 倒置結(jié)構(gòu)ITO/ZnO/P3HT：PCBM/MoO_3/Al有機(jī)太陽能電池的制備34-35
• 4.3 實驗結(jié)果與討論35-42
• 4.3.1 ITO/ZnO/P3HT：PCBM/MoO_3/Al器件的電流-電壓(I-V)特性分析35-40
• 4.3.2 ITO/ZnO/P3HT：PCBM/MoO_3/Al器件的界面態(tài)分析40-41
• 4.3.3 ITO/ZnO/P3HT：PCBM/MoO_3/Al器件的電容-電壓(C-V)特性分析41-42
• 4.4 本章小結(jié)42-43
• 5 基于CuI模板層修飾CuPc/C60有機(jī)太陽能電池的研究43-50
• 5.1 引言43
• 5.2 基于CuI模板層CuPc/C_(60)有機(jī)太陽能電池的制備43-44
• 5.3 實驗結(jié)果與討論44-49
• 5.3.1 CuI模板層上CuPc分子的堆積結(jié)構(gòu)44-45
• 5.3.2 CuI模板層上沉積的CuPc的吸收特征45-46
• 5.3.3 ITO/CuI的界面研究46-48
• 5.3.4 CuPc/C_(60)有機(jī)太陽能電池的光伏特性48-49
• 5.4 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況55-56
• 致謝56-57

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