有機光伏二極管的光電子性能研究

【摘要】： 在有機電子器件領(lǐng)域中,有機光伏器件以其易于制作、成本低廉、無污染等優(yōu)點受到了人們的廣泛關(guān)注。有機光伏器件包括有機太陽能電池和有機光探測器。本論文研究了基于有機光伏器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和光物理特性。 在有機太陽能電池領(lǐng)域,本論文以傳統(tǒng)的只有一個激子分解界面的有機太陽能電池(ITO/CuPc/C60/BCP/LiF/Al)為基本結(jié)構(gòu),巧妙利用CuPc的雙載流子傳輸特性和其適中的材料能級設(shè)計并制備出具有級聯(lián)式能級結(jié)構(gòu)的雙激子分解界面太陽能電池(m-MTDATA/CuPc/C60/LiF/Al),其能量轉(zhuǎn)化效率比傳統(tǒng)有機太陽能電池提高了30%,并從理論上證明了該類型器件結(jié)構(gòu)能有效提高器件性能的物理機制。 利用CuPc高電子遷移率屬性,使其在有機電致發(fā)光(OLED)和有機太陽能電池中做電子傳輸層和激子阻擋層。深入討論了CuPc對有OLED的發(fā)光性能的影響和在光伏器件中產(chǎn)生高開路電壓的原因,發(fā)現(xiàn)CuPc除了本身具有的優(yōu)良材料屬性外,其與Al電極的相互作用也是影響器件性能的一個重要原因。 紫外探測器件方面,本論文設(shè)計并制備了基于有機紫外探測器的平面異質(zhì)結(jié)有機光探測器件,在365nm紫外光輻照下其能量轉(zhuǎn)換效率接近10 %;其體異質(zhì)結(jié)器件具有強的激基復(fù)合物電致發(fā)光性能,在4伏反偏電壓下的探測響應(yīng)度達(dá)到135毫安/瓦。通過對比這兩類器件,分析比較了發(fā)光和光伏過程中基激復(fù)合物的作用。 采用疊層結(jié)構(gòu)利用開路光電壓為2.26伏的光伏器件,首次制備了具有4.34伏高開路電壓的有機光電轉(zhuǎn)換器件,該器件具有強烈的365nm紫外響應(yīng)并可以使光信號直接轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬰娦盘柖鵁o需其它轉(zhuǎn)換電路。巨大的高低電位差和快速的有機器件響應(yīng)速度使得有機光電子器件的應(yīng)用領(lǐng)域得到進一步的拓寬。 【關(guān)鍵詞】：有機光伏器件 太陽能電池 紫外探測器 激基復(fù)合物 能量轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TN31
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 緒論11-13
• 第一章 理論基礎(chǔ)與文獻(xiàn)回顧13-37
• 1.1 有機半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識13-20
• 1.1.1 有機半導(dǎo)體的分類和特性13-14
• 1.1.2 有機分子的電子結(jié)構(gòu)14-15
• 1.1.3 分子能級和分子間載流子的傳導(dǎo)15-17
• 1.1.4 激子的分類17-18
• 1.1.5 激子能量傳輸?shù)姆绞?/span>18-20
• 1.2 光伏的基本理論20-30
• 1.2.1 光伏的基礎(chǔ)知識20-23
• 1.2.2 有機光伏器件的結(jié)構(gòu)23-24
• 1.2.3 光伏的微觀機制24-26
• 1.2.4 光伏的宏觀物理表達(dá)和物理模型26-30
• 1.3 文獻(xiàn)回顧30-36
• 1.3.1 有機光伏二極管的發(fā)展歷史30-33
• 1.3.2 有機紫外探測器的研究意義和發(fā)展歷程33-36
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容36-37
• 第二章 基于酞菁銅雙載流子特性的級狀能級有機太陽能電池37-49
• 2.1 實驗方法和使用材料40-42
• 2.1.1 實驗方法40-41
• 2.1.2 實驗材料和器件結(jié)構(gòu)41-42
• 2.2 實驗結(jié)果42-47
• 2.3 小結(jié)47-49
• 第三章 CUPC 在有機太陽能電池中的作用49-65
• 3.1 OLED 的結(jié)構(gòu)和工作原理53-56
• 3.1.1 OLED 的結(jié)構(gòu)53
• 3.1.2 OLED 的工作原理53-54
• 3.1.3 OLED 的性能參數(shù)54-56
• 3.2 CuPc 對有機電致發(fā)光效率的提高作用56-58
• 3.2.1 實驗材料和實驗方法56-57
• 3.2.2 實驗結(jié)果及討論57-58
• 3.3 CuPc 對有機太陽能電池性能的提高58-63
• 3.3.1 參比器件的選擇58-59
• 3.3.2 實驗內(nèi)容59-63
• 3.4 小結(jié)63-65
• 第四章 兼具激基復(fù)合物電致發(fā)光的高效有機紫外探測器65-79
• 4.1 相關(guān)知識及文獻(xiàn)介紹68-70
• 4.2 實驗內(nèi)容70-76
• 4.2.1 實驗材料和實驗方法70-71
• 4.2.2 器件結(jié)構(gòu)71
• 4.2.3 器件的光伏性能71-73
• 4.2.4 器件的探測器件性能73-74
• 4.2.5 器件的發(fā)光性能74-76
• 4.3 小結(jié)76-79
• 第五章 超高開路電壓的紫外光伏器件和其在光學(xué)編碼器上的應(yīng)用79-87
• 5.1 疊層技術(shù)簡介80-81
• 5.2 實驗內(nèi)容81-85
• 5.2.1 器件結(jié)構(gòu)81-82
• 5.2.2 器件光伏參數(shù)82-83
• 5.2.3 器件在光學(xué)編碼器上的應(yīng)用83-85
• 5.3 小結(jié)85-87
• 第六章 結(jié)論87-89
• 參考文獻(xiàn)89-94
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況94-96
• 指導(dǎo)教師及作者簡介96-97
• 致謝97

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