有機(jī)光伏電池的界面電子結(jié)構(gòu)研究

【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,能源價(jià)格攀升和石化能源大氣污染嚴(yán)重。利用光伏原理制作的光伏電池作為理想的清潔能源受到越來越多重視。在光伏電池中,有機(jī)光伏電池具有材料質(zhì)量輕、制造成本低、便于大面積制作、機(jī)械性能上具有柔性等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)有機(jī)光伏電池的研究有利于光伏發(fā)電成本的進(jìn)一步下降,光伏發(fā)電的進(jìn)一步普及,但是有機(jī)光伏電池仍存在一些缺點(diǎn),如有機(jī)光伏器件的物理機(jī)制、原理尚未成熟,器件效率較低、壽命短、不穩(wěn)定等。因此,有機(jī)光伏電池目前還處在實(shí)驗(yàn)室研究階段。 本論文主要研究了基于酞菁銅/富勒烯(CuPc/C_(60)和CuPc/C_(70))體系的有機(jī)小分子光伏電池。具體研究了有機(jī)光伏電池中發(fā)生的物理過程以及加熱退火處理對(duì)電池的影響,主要分為以下幾個(gè)方面: (1)給體-受體界面電子結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)光伏電池的影響 開路電壓(Voc)是光伏電池的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù),它主要由給體的HOMO和受體的LUMO的能級(jí)差值確定。通過采用異質(zhì)結(jié)和選擇合適的受體材料形成理想的界面能級(jí)結(jié)構(gòu)會(huì)得到高的Voc和光伏電池性能。通過對(duì)CuPc/C_(70)雙層膜結(jié)構(gòu)和C_(70):CuPc混合異質(zhì)結(jié)薄膜的界面電子結(jié)構(gòu)分析,我們發(fā)現(xiàn)Voc從0.55eV提高到0.8eV。 (2)退火處理對(duì)給體-受體界面的影響 對(duì)有機(jī)光伏電池進(jìn)行退火處理可以促進(jìn)材料分子的重新排列,改善界面接觸形貌,在給體-受體之間形成了相互貫穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)激子的分離和電荷傳輸速率平衡,使光伏電池性能得到明顯提高。我們利用光電子能譜技術(shù)研究了加熱退火處理對(duì)有機(jī)光伏界面電子結(jié)構(gòu)的影響,證實(shí)了在小分子體系中存在垂直相分離現(xiàn)象。通過適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚砜梢杂行Ц淖兘缑骐娮咏Y(jié)構(gòu)和產(chǎn)生相分離,使光伏性能顯著提高。 (3)受體-激子阻擋層界面電子結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)光伏電池的影響 我們通過在有機(jī)受體材料層和金屬電極之間插入不同材料作為激子阻擋層,實(shí)現(xiàn)了器件性能的提高。通過對(duì)受體-激子阻擋層界面能級(jí)排列的分析,我們闡明了激子阻擋層對(duì)光伏電池的影響,很好的解釋了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 【關(guān)鍵詞】：有機(jī)光伏電池 能級(jí)排列 激子阻擋層 加熱退火 界面電子結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-19
• 引言10
• 1.1 光伏電池的發(fā)展歷程10-12
• 1.2 光伏電池的分類12
• 1.3 有機(jī)光伏電池的原理12-13
• 1.4 有機(jī)光伏電池的性能表征13-16
• 1.4.1 光伏電池等效電路13-14
• 1.4.2 光伏電池伏安特性14-15
• 1.4.3 轉(zhuǎn)換效率15
• 1.4.4 外量子效率（EQE）15
• 1.4.5 內(nèi)量子效率15-16
• 1.5 本論文的主要工作及結(jié)構(gòu)16
• 1.6 參考文獻(xiàn)16-19
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分19-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備19-20
• 2.2 常用有機(jī)材料20-23
• 2.3 有機(jī)光伏器件制備23-25
• 2.3.1 ITO 玻璃基片清洗23-24
• 2.3.2 ITO 玻璃基片預(yù)處理24
• 2.3.3 蒸發(fā)鍍膜工藝24-25
• 2.4 有機(jī)光伏電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化25-28
• 2.5 有機(jī)光伏電池性能表征28
• 2.6 本章小結(jié)28
• 2.7 參考文獻(xiàn)28-31
• 第三章 給體-受體界面電子結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)光伏電池的作用31-43
• 3.1 研究背景31-32
• 3.2 CuPc-C_(60) 界面電子結(jié)構(gòu)研究32-34
• 3.2.1 C_(60)/CuPc 界面電子結(jié)構(gòu)32-34
• 3.2.2 能級(jí)排列34
• 3.3 CuPc-C_(70) 界面電子結(jié)構(gòu)研究34-39
• 3.3.1 C_(70)/CuPc 界面電子結(jié)構(gòu)35-37
• 3.3.2 C_(70):CuPc 混合體異質(zhì)結(jié)界面電子結(jié)構(gòu)37-38
• 3.3.3 C_(70)/CuPc 和CuPc:C_(70) 能級(jí)排列38-39
• 3.4 本章小結(jié)39
• 3.5 參考文獻(xiàn)39-43
• 第四章 退火處理對(duì)有機(jī)光伏電池的作用43-56
• 4.1 研究背景43-44
• 4.2 加熱退火處理對(duì)光伏電池形貌的影響44-45
• 4.3 加熱退火處理對(duì)界面電子結(jié)構(gòu)的影響45-52
• 4.3.1 CuPc-C_(60) 界面加熱退火處理45-49
• 4.3.2 CuPc-C_(70) 界面加熱退火處理49-52
• 4.4 本章小結(jié)52
• 4.5 參考文獻(xiàn)52-56
• 第五章 受體-激子阻擋層界面在有機(jī)光伏電池的作用56-70
• 5.1 研究背景56
• 5.2 不同激子阻擋層對(duì)光伏電池的影響56-58
• 5.3 受體-激子阻擋層界面電子結(jié)構(gòu)58-64
• 5.3.1 A1q_3/C_(60)/CuPc/ITO 界面電子結(jié)構(gòu)59-60
• 5.3.2 BCP/C_(60)/CuPc/ITO 界面電子結(jié)構(gòu)60-62
• 5.3.3 Bphen/C_(60)/CuPc/ITO 界面電子結(jié)構(gòu)62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 5.5 參考文獻(xiàn)65-70
• 第六章 總結(jié)和展望70-72
• 碩士期間發(fā)表和待發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72-73
• 致謝73-74

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