Pentacene/C_(60)异质结有机小分子太阳能电池制备及特性研究

【摘要】：自1986年Tang等人制得第一个双层太阳能电池以来,有机太阳能电池引起了人们广泛的兴趣。与传统无机太阳能电池相比,有机太阳能电池拥有低制作成本、轻便和可弯曲性等潜在优势。在有机太阳能电池整个领域,其中有机小分子太阳能电池发展迅猛。有机小分子异质结太阳能电池存在给体-受体界面,激子可以在界面进行有效地分离。同时,由于电子和空穴可以分别在不同的材料传输,大大降低了电子和空穴的复合。基于以上这些原因,有机异质结太阳能电池比单层器件更有优势。pentacene具有较长的激子扩散长度,并拥有较高空穴迁移率和可观的可见光谱吸收,是有机小分子太阳能电池中一种很有潜力的P型有机小分子材料。自从Sariciftci报道发现了超快的光诱导电子从给体传输到富勒烯分子C60以来,C60已成为制作有机小分子电池最常用受体材料。因此本文研究了pentacene/C60异质结结构的有机小分子太阳能电池。主要的研究内容和结论如下： 首先,我们使用ITO为底电极、金属Al为顶电极,有机小分子Pentacene和C60作为有机中间层,利用真空热蒸发方法制备了ITO/Pentacene/C60/Al异质结结构有机小分子太阳能电池。但是制备的器件性能很差而且在随后的时间里,我们发现了器件明显的性能衰减。 其次,我们制备了以bathocuproine (BCP)作为缓冲层的器件,结构为ITO/Pentacene/C60/BCP/Al。引入缓冲层后,器件的性能得到了大幅度提高。BCP的作用主要有三个方面,一个是作为缓冲层保护器件的有机层。不仅可以隔绝空气中的水、氧等侵入有机层,还可以减轻在蒸镀A1电极的过程中由于金属原子侵入C60层而引起导电性下降,利于载流子向电极的输运,从而减小了器件的电阻,增加了短路电流密度；二是作为空穴阻挡层,减少Al电极附近电子和空穴的复合；三是作为激子阻挡层,减少电极附近激子的复合。 再次,我们使用电子迁移率比BCP高一个数量级的8-hydroxy-quinoline aluminium (Alq3)代替BCP作为缓冲层,器件结构为ITO/Pentacene/C60/Alq3/Al。引入缓冲层后,电池效率从0.18%提高到0.37%。对于用Alq3作缓冲层的器件,一方面由于Alq3具有更大的迁移率,更有利于光生电子通过缓冲层到达Al电极；另一方面由于Alq3对氧更强的阻挡能力,而且其耐受水的能力也要比BCP强,不易结晶。从而器件的性能更好、更稳定。 最后,为了进一步提高电池性能,我们在制备ITO/Pentacene/C60/Alq3/Al器件前对ITO进行了紫外臭氧处理,器件的性能得到了大幅度提高。经紫外臭氧处理,一方面优化了ITO的表面形貌,改善了ITO与有机层的接触；另一方面,提高了ITO的功函数,增大了短路电流密度和开路电压。 最优化太阳能电池器件性能的各特征参数为Jsc=3.6mA/cm2,Voc=385mV, FF=0.40,η=0.55% 【关键词】：有机小分子太阳能电池 pentacene/C_(60)异质结 BCP AIq_3 紫外臭氧
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 目录6-8
• CONTENTS8-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 符号说明14-16
• 第一章 绪论16-36
• 1.1 太阳能电池16-19
• 1.1.1 太阳能电池发展背景16-17
• 1.1.2 太阳能电池简介17-19
• 1.2 有机太阳能电池19-30
• 1.2.1 有机半导体材料19-20
• 1.2.2 有机太阳能电池简介及发展20-21
• 1.2.3 有机太阳能电池工作原理21-24
• 1.2.4 有机太阳能电池结构24-28
• 1.2.5 太阳能电池测试的标准条件28-30
• 1.3 本论文主要研究目的和内容30-32
• 参考文献32-36
• 第二章 样品的制备与测试36-54
• 2.1 实验材料的准备36-39
• 2.1.1 电极材料36-37
• 2.1.2 有机半导体材料37-39
• 2.2 样品的制备39-48
• 2.2.1 真空蒸发原理39-40
• 2.2.2 真空热蒸发设备40-42
• 2.2.3 样品制备过程42-48
• 2.3 样品的测试48-52
• 2.3.1 膜厚的测试48-50
• 2.3.2 薄膜表面形貌的测试50
• 2.3.3 I-V测试50-52
• 参考文献52-54
• 第三章 Pentacene/C_(60)异质结有机太阳能电池器件54-74
• 3.1 有机太阳能电池的等效电路与性能表征55-58
• 3.2 ITO/Pentacene/C_(60)/Al器件58-61
• 3.3 ITO/Pentacene/C_(60)CP/Al器件61-64
• 3.4 ITO/Pentacene/C_(60)/Alq_3/Al器件64-67
• 3.5 ITO紫外臭氧处理67-71
• 参考文献71-74
• 第四章 结论与展望74-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文目录76-78
• 致谢78-80
• 学位论文评阅及答辩情况表80

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

非磁金属掺杂八羟基喹啉钴薄膜的磁性研究    魏芳芳

有机太阳能电池材料研究新进展    张天慧;朴玲钰;赵谡玲;徐征;杨磊;刘祥志;鞠思婷;

硅薄膜太阳能电池研究的进展    钟迪生

有机自旋小分子半导体材料与器件制备及特性研究    林亮

有机小分子太阳能电池的界面研究    宋群梁

“La_（0.67）Ca_（0.33）MnO_3/Alq_3/Co”三明治结构有机自旋阀器件    刘甜甜

有机太阳能电池的数值研究    邢宏伟

柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池的研究    陈宇

磁控溅射法制备ITO薄膜的结构及光电性能研究    汪钢

有机染料敏化TiO_2纳米薄膜太阳能电池研究进展    郑敏;陈一胜;

正交法优化电沉积CuInSe_2薄膜条件的研究    徐玲;刘昌龄;吴世彪;童彬;陈少华;徐立红;

金属薄膜的质量造成电阻器失效的分析    金力成;金波;

变电站光伏直流系统的研究与应用    林航;陈晓明;

新型席夫碱配合物的合成和双光子性质研究    吴杰颖,张居舟,施鹏飞,周虹屏

La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3外延膜厚度引起的电阻率变化    孟影;金绍维;

转地养蜂专业户光伏系统的研究    杜忠明;熊飞峤;李天华;

太阳电池及其发展方向    吕建;殷洪亮;

浅析太阳电池并网发电技术    殷洪亮;吕建;

浅谈风光互补发电系统的应用    吕建;殷洪亮;

硬脂酸单层LB膜上化学沉积银膜的研究    刘恒权;姚素微;班春梅;余碧涛;张卫国;王宏智;

Cu_xIn_yGa_zO_n纳米粉体的共沉淀法制备与表征    郑春满;肖静;韦永滔;郭宇杰;谢凯;

防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究    王东;路建军;齐宏进;

Y_2O_3对LaMg_(12)型储氢合金电化学性能的影响    王敬;马兴泰;张莉;吴锋;

聚变堆低活化马氏体钢的发展    黄群英;郁金南;万发荣;李建刚;吴宜灿;

环境友好材料的研究进展    李爱菊;陈红雨;

磁控溅射制备类金刚石膜生物材料的工艺与性能的研究    杨云志;冉均国;郑昌琼;

树枝状8-羟基喹啉锌的合成和荧光性能研究    管建军;强西怀;马茶;申亮;

高分子纳米LB膜的制备及其光刻性能研究    曾国良;李铁生;许文俭;张素华;王筠;赵娜;吴养洁;

不同溅射气压对β-FeSi_2形成的影响    曾武贤;谢泉;梁艳;张晋敏;肖清泉;杨吟野;任学勇;

PEDOT:PSS薄膜的掺杂改性及其在有机太阳能电池中的应用研究    李蛟

分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响    王敏

我国江南体育在线直播观看 产业投资风险及决策研究    朱震宇

复合纳米薄膜制备及其摩擦学行为研究    程广贵

面向微波应用的铊系高温超导薄膜研究    游峰

小颗粒CoPt单层和双层垂直磁记录介质研究    汤如俊

ZnO薄膜的表面形貌与应力特性研究    刘云燕

Ti-V-Fe系储氢合金的微观结构及储氢性能研究    杭州明

锂电池电极材料的磁性及电化学性质研究    陈红

太阳能电动车关键技术研究    李春芳

江南体育在线直播观看 发电单相并网逆变器研究    李本元

锂离子电池正极材料磷酸锰锂合成方法的研究    秦明

杂环聚合物的合成与光电性能研究    陈鑫

900nm～1100nm抗激光损伤高反射膜的研究    赵缨慰

辐射桥面发射激光器工艺与测试    王博

非晶InSb探测器材料光电特性研究    位永平

氧化物半导体的湿化学法制备    贾红

太阳能电池用α-SiC_x:H薄膜的制备与性能研究    张瑞丽

折射率调制光纤气体传感系统设计与研究    贾林涛

基于LPFGs氢敏探测器的研究    郭东歌

高分子磁性材料的研究近况    曹民干,赵张勇,张亦弛,冯产

有机高分子磁性材料研究进展    邓芳;何伟;姜莹莹;范惠琳;蹇锡高;

有机自旋小分子半导体材料与器件制备及特性研究    林亮

3d过渡金属掺杂有机小分子半导体的特性研究    方少杰

“La_（0.67）Ca_（0.33）MnO_3/Alq_3/Co”三明治结构有机自旋阀器件    刘甜甜

ITO薄膜的能带结构和电导特性    张治国;

不同材料基体与复合涂层间的结合强度等性能分析    荆阳,庞思勤,周兰英,张学恒

透明导电氧化物薄膜的研究进展    王敏,蒙继龙

ITO薄膜的气敏特性    张正勇,张耀华

磁控溅射工艺参数对不锈钢薄膜结合性能的影响    周志华,傅明喜,黄兴民,陆琼晔

三(8-羟基喹啉)铝(Alq_3)发光性能的调控    陈红征;施跃文;施敏敏;林家军;汪茫;

锰基钙钛矿多层膜中的层间相互作用    冯文,夏正才,袁松柳

成膜与热处理参数对溅射沉积ITO膜电性能的影响    张浩康,邓一唯

有机小分子发光材料与聚合物发光材料在大气存放条件下的稳定性对比研究    徐正,廖良生,李振声,李述汤,Inbase karan M,Woo E P,Wu W W

ITO薄膜的光学和电学性质及其应用    马勇,孔春阳

金刚石和氮化锌半导体材料电子性质研究    龙闰

有机材料器件自旋注入和输运特性研究    张玉滨

氧化物和有机小分子中磁性及相关特性的理论研究    王丰功

“La_（0.67）Ca_（0.33）MnO_3/Alq_3/Co”三明治结构有机自旋阀器件    刘甜甜

Ce掺杂Ca_2FeMoO_6双钙钛矿材料的制备与性质研究    乔文

有机小分子在Au（111）表面的相互作用力及组装的扫描隧道显微学研究    胡晓

利用不同阴极缓冲层来改善Pentacene/C_(60)太阳能电池的性能    刘瑞;徐征;赵谡玲;张福俊;曹晓宁;孔超;曹文喆;龚伟;

Pentacene/C_(60)异质结有机小分子太阳能电池制备及特性研究    郑文峰

利用不同阴极缓冲层改善有机小分子Pentacene/C_（60）太阳能电池的性能    刘瑞