氧掺杂和界面修饰提高有机太阳能电池效率

【摘要】：能源是社会发展的动力,是人类生活的基本保障。如今,全世界的飞速发展不断加大着对能源的需求和消耗,一些国家为了获得足够资源不惜发动战争,显然能源危机早已成为困扰全世界的一个主要问题。至此,绿色环保且储存丰富的新能源的开发显得至关重要,而太阳能无疑是最受关注的能源之一,越来越多的研发者致力于太阳能电池的开发和优化。本论文通过活性层掺杂、结构优化和电极修饰三种方法制作了相关实验,希望能够改善基于CuPc/C60的有机太阳能电池的光伏特性。 首先,对于结构如ITO/CuPc/C60/Alq3/Al的异质结有机太阳能电池,通过O2掺杂给体材料CuPc的方式,可以对其光伏性能产生明显的改善。随着O2与CuPc分子相互接触和吸附,电子会从CuPc分子链脱离,被具有氧化能力的O2吸收,从而导致了O2-和空穴h+的积累以及内建电场的变化,能带的弯曲也因此产生。正是由于电荷积累和能带弯曲,使得器件短路电流和开路电压的值都发生了明显变化,最终有机太阳能电池的效率增加了25%。 其次,对基于C60/CuPc的倒置结构的有机太阳能电池,我们对其导电载流子的传输和收集能力进行了改进。首先,我们先后对传输空穴和阻挡电子的MoO3和能够阻挡激子向电极扩散的BCP进行了厚度优化。然后,我们使用氨气等离子体处理的CuI来修饰ITO阴极,结果电池的性能有了非常明显的改善。通过对氨气等离子体处理过和未处理过的ITO/CuI薄膜进行对比研究,发现处理后的薄膜在功函数发生变化的同时,可能形成了新的利于电子提取和传输的缓冲层物质。 最后,对于结构为ITO/CuPc/C60/BCP/LiF/Al的有机太阳能电池,可以通过氨气等离子处理ITO阳极的方式来提高ITO功函数,也可在ITO/CuPc间加入缓冲层MoO3来减小空穴传输障碍,这两种方法都能改善机太阳能电池性能。此外,我们对ITO表面在沉积MoO3薄膜之前和之后,分别进行氨气等离子体处理,期望通过界面修饰进一步提高电池的效率。结果表明,通过复杂的阳极界面修饰,使得阳极附近的MIS结构的能带产生了新的弯曲变化,尤其是形成了利于导电载流子传输和收集的欧姆接触,它对有机太阳能电池的性能的改善有很大作用。 【关键词】：有机太阳能电池 光电转换效率 氨气等离子体处理 电极修饰 倒置结构
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 有机太阳能电池的发展历程10-11
• 1.3 有机太阳能电池的常用材料和工作机理11-13
• 1.3.1 常用材料11-12
• 1.3.2 工作机理12-13
• 1.4 有机太阳能电池的优势和不足13-14
• 1.4.1 有机太阳能电池的优势13-14
• 1.4.2 有机太阳能电池的不足14
• 1.5 本论文的主要工作14-16
• 2 有机太阳能电池的基本参数和制备仪器16-25
• 2.1 引言16
• 2.2 有机太阳能电池的基本原理16-17
• 2.3 有机太阳能电池的基本参数17-21
• 2.3.1 开路电压V_(oc)18-19
• 2.3.2 短路电流I_(sc)19
• 2.3.3 填充因子FF19-20
• 2.3.4 能量转换效率η20
• 2.3.5 量子效率20-21
• 2.4 有机太阳能电池的制备仪器21-25
• 3 O_2掺杂CuPc提高有机太阳能电池效率25-30
• 3.1 引言25
• 3.2 基于O_2掺杂CuPc的有机太阳能电池的制备25-26
• 3.3 实验结果与讨论26-29
• 3.3.1 ITO/CuPc(CuPc:O_2)/C_(60)/Alq_3/Al的器件的特性分析26-28
• 3.3.2 单载流子器件ITO/CuPc(CuPc:O_2)/C_(60)/Alq_3/Al的J-V特性分析28-29
• 3.4 本章小结29-30
• 4 倒置结构电池的缓冲层优化和氨等离子处理30-39
• 4.1 引言30-31
• 4.2 ITO/CuPc(CuPc:O_2)/C_(60)/Alq_3/Al有机太阳能电池的制备31
• 4.3 实验结果与讨论31-38
• 4.3.1 缓冲层优化改善电池性能31-35
• 4.3.2 氨气等离子体处理阳极界面提高电池性能35-38
• 4.5 本章小结38-39
• 5 I TO阳极修饰提高有机太阳能电池效率39-46
• 5.1 引言39-40
• 5.2 ITO/CuPc/C_(60)/Alq_3/Al器件的制备40
• 5.3 ITO/MoO_3/CuPc/C_(60)/BCP/LiF/Al器件的测试与分析40-45
• 5.3.1 氨气等离子体处理ITO基片的开尔文测试40-41
• 5.3.2 ITO/MoO_3/CuPc/C_(60)/BCP/LiF/Al器件的J-V特性分析41-44
• 5.3.3 ITO/MoO_3薄膜氨气等离子体处理后的开尔文测试44-45
• 5.4 本章小结45-46
• 结论46-47
• 参考文献47-52
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况52-53
• 致谢53-54

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