利用不同陰極緩沖層改善有機(jī)小分子Pentacene/C_（60）太陽能電池的性能

【摘要】： 摘要： 在有機(jī)小分子太陽能電池中,有機(jī)層與陰極的界面對(duì)器件性能的好壞起著重要的作用,通常需要在有機(jī)層與陰極之間插入緩沖層。目前關(guān)于這類緩沖層的研究主要集中在CuPc/Ceo結(jié)構(gòu)的電池上。Pentacene相較于CuPc具有較好的結(jié)晶性以及較高的電荷遷移率,因此本文選用了基于Pentacene/C6o結(jié)構(gòu)的小分子電池來研究陰極緩沖層的作用機(jī)理。主要進(jìn)行了以下幾方面的研究： 一.實(shí)驗(yàn)制備了以bathocuproine (BCP)作為緩沖層的器件,結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/Pentacene/C60/BCP/Al。引入了緩沖層后,器件的性能得到了大幅度的提高,這與CuPc/C60結(jié)構(gòu)的電池類似。BCP的作用主要有兩個(gè)方面,一是作為激子阻擋層,減少電子空穴對(duì)在電極附近的復(fù)合,二是對(duì)電池的有機(jī)層起緩沖保護(hù)的作用,減輕C60層在A1電極制作過程中由于金屬原子侵入而引起的導(dǎo)電性的下降,減小了電池的電阻。此外,研究BCP厚度對(duì)器件性能的影響發(fā)現(xiàn),隨著BCP厚度的增加,電導(dǎo)性的降低是限制器件性能的主要原因。 二.在使用電子遷移率比BCP高兩個(gè)數(shù)量級(jí)的bathophenanthroline (Bphen)作為緩沖層后,電池效率從0.46%提高到0.56%。我們認(rèn)為,緩沖層主要依靠在Al制備時(shí)所形成的缺陷態(tài)傳輸電子,但是緩沖層本身的遷移率大小也會(huì)對(duì)電子的傳輸存在影響。激子在給受體界面解離后,電子從C60層經(jīng)過緩沖層到達(dá)Al電極,與BCP相比,Bphen相對(duì)較高的電導(dǎo)性使電子能夠更好地穿過緩沖層,從而增加電極對(duì)電子的收集。 三.本文用在可見光區(qū)具有光吸收的3,4,9,10-Perylenetetracarb-oxylicdianhydride (PTCDA)作為緩沖層,得到的器件性能優(yōu)于使用同一厚度的BCP及Bphen材料的器件。在PTCDA厚度為10 nm時(shí),電池短路電流提高至5.97mA/cm2,效率達(dá)0.87%。緩沖層不僅可以對(duì)有機(jī)光伏電池的有機(jī)層起緩沖保護(hù)的作用,而且當(dāng)使用一些有光吸收的材料作緩沖層時(shí),可以起到增加電池光吸收的作用。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)半導(dǎo)體 小分子太陽能電池 Pentacene C_(60) 界面 緩沖層 激子
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序9-12
• 1. 緒論12-16
• 1.1 前言12
• 1.2 太陽能電池的分類12-14
• 1.2.1 硅太陽能電池12-13
• 1.2.2 多元化合物薄膜太陽能電池13
• 1.2.3 納米晶太陽能電池13
• 1.2.4 有機(jī)太陽能電池13-14
• 1.3 有機(jī)太陽能電池研究進(jìn)展14-15
• 1.4 本論文的主要工作15
• 1.5 論文提綱15-16
• 2. 有機(jī)太陽能電池的基本原理16-29
• 2.1 工作原理16-18
• 2.1.1 光吸收和激子的產(chǎn)生17
• 2.1.2 激子擴(kuò)散17
• 2.1.3 激子解離17
• 2.1.4 電荷的收集17-18
• 2.2 常用材料與結(jié)構(gòu)18-22
• 2.2.1 常用材料18-21
• 2.2.2 基本結(jié)構(gòu)及各結(jié)構(gòu)特點(diǎn)21-22
• 2.3 有機(jī)太陽能電池的主要特性參數(shù)22-24
• 2.3.1 開路電壓(Voc)22
• 2.3.2 短路電池(Isc)22-23
• 2.3.3 光電轉(zhuǎn)換效率 η23
• 2.3.4 填充因子(fill-factor,FF)23-24
• 2.3.5 外量子效率24
• 2.3.6 串并聯(lián)電阻24
• 2.4 有機(jī)太陽能電池的常用實(shí)驗(yàn)制備設(shè)備及表征測(cè)試設(shè)備24-26
• 2.4.1 有機(jī)太陽能電池的常用實(shí)驗(yàn)設(shè)備24-25
• 2.4.2 有機(jī)太陽能電池Ⅰ-Ⅴ曲線的測(cè)量25-26
• 2.5 影響有機(jī)太陽能電池效率的因素26-29
• 2.5.1 有機(jī)功能層的光吸收能力26-27
• 2.5.2 有機(jī)材料的激子擴(kuò)散距離27
• 2.5.3 激子解離的效率27
• 2.5.4 載流子傳輸?shù)男?/span>27
• 2.5.5 影響小分子太陽能電池效率的主要因素27-29
• 3. 陰極緩沖層提高電池性能的理論基礎(chǔ)29-33
• 3.1 緩沖層對(duì)有機(jī)太陽能電池性能的作用29-30
• 3.2 陰極緩沖層對(duì)有機(jī)小分子太陽能電池的作用30-32
• 3.3 本部分結(jié)論32-33
• 4. 不同陰極緩沖層對(duì)電池的作用33-50
• 4.1 BCP材料作為陰極緩沖層的研究34-40
• 4.1.1 器件制備及測(cè)試34-35
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析35-40
• 4.2 電子遷移率較高的Bphen材料作為陰極緩沖層的研究40-44
• 4.2.1 器件制備及測(cè)試41
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析41-44
• 4.3 可見光區(qū)具有光吸收的PTCDA材料作為陰極緩沖層的研究44-50
• 4.3.1 器件制備及測(cè)試45-46
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析46-50
• 5. 結(jié)論50-52
• 參考文獻(xiàn)52-56
• 作者簡(jiǎn)歷56-58
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集58

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