有機光伏器件的界面電子結(jié)構及其電子復合與產(chǎn)生過程的研究

【摘要】：目前，有機太陽能電池作為利用太陽能的一種有效方法得到了充足的研究與發(fā)展，但在商業(yè)化應用的道路上仍面臨著能量轉(zhuǎn)換效率較低、壽命有限等困難。光敏材料的吸收峰較窄是導致其轉(zhuǎn)換效率低的一個主要原因。疊層有機太陽能電池可以把不同吸光范圍的光敏材料做成的器件串聯(lián)在一起，從而拓寬了器件的吸收光譜，得到較高的轉(zhuǎn)換效率。但是在器件串聯(lián)的過程中，連接層的選擇對器件性能起到了至關重要的作用。此連接層要求具有較高的透光率、與器件制作過程工藝上的兼容性以及與子器件單元適當?shù)哪芗壠ヅ涞取? 在有機光電和光伏器件中，通常電極功函數(shù)與有機層的電荷傳輸能級并不嚴格匹配，因此有機層和電極之間電荷的注入和提取效率關乎器件的性能。廣為使用的方法是在電極和有機層之間加入電荷傳輸層來減小電荷的注入或提取勢壘，使電荷更容易被注入或?qū)С觯瑥亩岣咂骷阅堋? 本論文主要通過光電子能譜（XPS和UPS）來獲得疊層太陽能電池的連接層以及電極與電荷傳輸層之間的電子結(jié)構和能級排列，并通過相關的器件性能來分析電荷的復合與產(chǎn)生過程。主要的工作包括以下內(nèi)容： 1.基于Mg:Bphen/MoO_3/CuPc連接層的疊層有機光伏器件。在已知其電子結(jié)構及能級排列符合連接層對于能級匹配要求的情況下制備疊層器件，得到幾乎無電壓損失的疊層太陽能電池。通過改變連接層結(jié)構研究了各層在疊層器件中的工作原理。 2.基于HAT-CN這種深能級結(jié)構電子受體材料的電荷提取。HAT-CN的深能級特性及其強烈的吸收電子能力使得它與給體材料的HOMO能級之間的帶隙很小，這樣的界面能級結(jié)構可以用來進行電荷的諸如或者提取。我們測量了聚合物太陽能電池中的光敏層材料與HAT-CN之間的界面電子結(jié)構，通過分析我們認為HAT-CN可以用在聚合物太陽能電池中作空穴提取層來制備較高效率的器件。 3. NPB是有機光電器件中比較常用的空穴傳輸材料，我們測量了它與聚合物太陽能電池光敏層之間的界面能級發(fā)展情況，研究其作為聚合物太陽能電池中空穴傳輸層的可能性。實驗結(jié)果并沒有發(fā)現(xiàn)有利于空穴從光敏層中提取與傳輸?shù)哪芗墢澢取? 4.倒置結(jié)構的聚合物太陽能電池中電荷傳輸層材料。使用堿金屬化和物對有機材料進行摻雜可以顯著的改善有機物的電學特性。我們使用Cs2_CO_3對Alq3進行不同濃度的摻雜，通過優(yōu)化摻雜濃度使其作為有效的電子傳輸層可以用在倒置的聚合物太陽能電池中。 【關鍵詞】：疊層有機太陽能電池 HAT-CN 空穴注入 空穴提取 界面電子結(jié)構 Cs2_CO_3摻雜
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 有機光伏器件的發(fā)展歷程11-14
• 1.2.1 有機光伏器件的發(fā)展歷史11-14
• 1.2.2 有機光伏的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀14
• 1.3 有機光伏器件的工作原理14-21
• 1.3.1 光電轉(zhuǎn)換原理及模型14-15
• 1.3.2 有機光伏器件的結(jié)構15-18
• 1.3.3 有機光伏器件的主要材料18-19
• 1.3.4 有機光伏器件的制備方法19-20
• 1.3.5 有機光伏器件的表征參數(shù)20-21
• 1.4 有機光伏器件目前的主要挑戰(zhàn)及可能的解決方法21-22
• 1.5 本論文的主要工作22
• 1.6 參考文獻22-24
• 第二章 有機半導體界面電子結(jié)構及實驗室技術24-30
• 2.1 有機半導體能級理論24-25
• 2.1.1 界面電子結(jié)構的基本理論24
• 2.1.2 有機材料界面的能級彎曲24-25
• 2.2 實驗技術25-29
• 2.2.1 X 射線光電子能譜和紫外光電子能譜介紹25-26
• 2.2.2 真空沉積設備其器件測試系統(tǒng)介紹26-28
• 2.2.3 樣品制備及光電子能譜測試28
• 2.2.4 器件制備及性能測試28-29
• 2.3 參考文獻29-30
• 第三章 疊層有機光伏器件內(nèi)部連接層電子結(jié)構及器件性能30-42
• 3.1 疊層有機光伏器件的發(fā)展和面臨的問題30-33
• 3.2 疊層器件內(nèi)部連接層的結(jié)構和材料33-34
• 3.3 Mg:Bphen/MoO_3/CuPc 連接層的界面電子結(jié)構34-36
• 3.4 基于 Mg:Bphen/MoO_3/CuPc 連接層的疊層有機光伏器件性能分析36-39
• 3.4.1 伏安特性曲線36-38
• 3.4.2 外量子效率38-39
• 3.5 小結(jié)39
• 3.6 參考文獻39-42
• 第四章 HAT-CN 空穴提取層的界面電子結(jié)構研究42-53
• 4.1 引言42-43
• 4.2 光敏層/HAT-CN 界面電子結(jié)構43-49
• 4.2.1 P3HT:PCBM/HAT-CN 界面43-45
• 4.2.2 P3HT/HAT-CN 界面45-47
• 4.2.3 PCBM/HAT-CN 界面47-49
• 4.3 P3HT 和 PCBM 與 HAT-CN 的界面能級排列49-51
• 4.4 小結(jié)51
• 4.5 參考文獻51-53
• 第五章 NPB 空穴傳輸層與 P3HT:PCBM 的界面電子結(jié)構53-59
• 5.1 引言53-54
• 5.2 NPB/P3HT:PCBM 的界面電子結(jié)構54-56
• 5.3 NPB/P3HT:PCBM 的界面能級排列56-57
• 5.4 小結(jié)57
• 5.5 參考文獻57-59
• 第六章 有機光伏器件中電荷傳輸材料的能級結(jié)構研究59-66
• 6.1 引言59
• 6.2 Cs2_CO_3摻雜 Alq3作為電子傳輸層59-63
• 6.2.1 Cs2_CO_3熱蒸發(fā)沉積物的成分59-60
• 6.2.2 不同摻雜濃度的 Alq3的能級結(jié)構60-63
• 6.3 小結(jié)63-64
• 6.4 參考文獻64-66
• 第七章 全文總結(jié)與展望66-68
• 碩士期間發(fā)表論文68-69
• 致謝69-70

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