有机小分子薄膜太阳能电池器件电极缓冲层的机理研究

【摘要】：有机小分子薄膜太阳能电池是有机光电子器件里重要的研究方向之一，与无机太阳能电池相比具有生产成本低、原材料的种类众多且容易修饰、器件结构简单、制备工艺简单、可集成在柔性衬底上、与有机光电子器件有很好的兼容性、可实现半透明器件等优点而倍受人们关注，其未来或许可应用在光伏发电的产业领域，造福人类生活。 对于有机小分子薄膜太阳能电池，合适的电极缓冲层可以显著地改善器件的性能。本论文即是为了更好地改善器件的性能而对电极缓冲层所做的研究，文章主要内容分为两个方面。 第一，我们证明了采用CuPc作为激子阻挡层时器件的工作机理。在有机小分子薄膜太阳能电池领域，CuPc由于其良好的空穴传输性能，所以一般被用作电子给体材料。在我们的实验中，我们采用CuPc作为激子阻挡层，证明了CuPc在形成α相的时候可以形成半满能级b1g实现传导电子的作用，从而成功的解释了当采用CuPc作为厚的激子阻挡层时器件的工作机理。这种传导电子的方式与之前采用BCP中缺陷态能级传导电子的方式有很大的不同。 第二，我们采用F~(16)CuPc作为有机太阳能电池的阳极缓冲层，显著提高了器件的光电转化效率和寿命。F~(16)CuPc的引入，一方面可以实现CuPc分子的定向生长，改善了CuPc薄膜的结晶度，提高了薄膜的空穴迁移率；另一方面在F~(16)CuPc/CuPc界面处可形成偶极层，改善空穴的输出效率。以上两个作用有效地提高了器件的载流子收集效率，降低了器件的串联电阻和光生载流子复合几率，从而提高器件的短路电流和填充因子。同时，F~(16)CuPc的引入使器件的内建电场增大，提高了器件的开路电压。这使得器件的功率转化效率提高了约54%。与此同时，F~(16)CuPc的引入使器件的使用寿命也提高了3.3倍。 【关键词】：激子阻挡层 阳极缓冲层 F~(16)CuPc 太阳能电池 有机光伏
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 有机太阳能电池的现状与研究历史12-14
• 1.3 有机太阳能电池的优缺点及其应用前景14-16
• 1.4 本文主要工作16-17
• 第二章 有机太阳能电池的基本理论17-35
• 2.1 有机半导体的理论基础17-22
• 2.2 有机太阳能电池的结构22-27
• 2.3 有机太阳能电池光物理过程27-31
• 2.4 有机太阳能电池的材料及基本性质31-35
• 第三章 CuPc 做阴极缓冲层的太阳能电池器件35-43
• 3.1 实验背景35-36
• 3.2 实验方法和使用材料36-38
• 3.3 实验结果与讨论38-42
• 3.4 小结42-43
• 第四章 F~(16)CuPc 做阳极缓冲层的太阳能电池器件43-53
• 4.1 实验背景43-44
• 4.2 实验方法44-45
• 4.3 结果与讨论45-50
• 4.4 小结50-53
• 第五章 ：结论与展望53-54
• 参考文献54-58
• 在学期间学术成果情况58-59
• 指导教师及作者简介59-60
• 致谢60

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