有机太阳能电池中电极修饰的研究

【摘要】：由于有机太阳能电池具有制备简单、成本低廉、能生长于柔性衬底以及可大面积制备等优势,所以受到了越来越多的关注,并且获得了很大的发展。但是现阶段的有机太阳能电池仍存在着转换效率低下,物理机理不明等问题,一直无法商业应用。本文实验中我们利用实验室现有条件结合当前研究进展主要做了以下研究： 首先,我们引入ZnO和MoO3作为阴极和阳极的修饰层,优化了基于P3HT:PCBM的有机太阳能电池的结构和工艺条件。结果表明退火对器件的影响很大,发现最佳退火条件是氮气环境下160℃下退火30min；制备了倒置结构和正置结构下四种不同器件结构的有机太阳能电池,通过对比分析了他们的优劣得出结论倒置结构比正置结构效率更高,器件结构为ITO/ZnO/P3HT:PCBM/MoO3(10nm)/Al(70nm)的有机太阳能电池的效率达到了2.9%。同时我们还研究了单载流子器件的电流电压特性,结果表明P3HT：PCBM层中起主要导电作用的是空穴载流子。 其次,我们还研究了基于P3HT:PCBM倒置结构的太阳能电池的载流子运输情况。从理想因子的计算结果(1.55)我们知道这并非是理想的热电子发射模型,而且在有机无机材料的界面产生了大量的界面态。从C-V测试中得到的势垒高度要大于从I-V测试所得,这是由于有机层界面的不均匀和存在界面态所导致。利用光照下的I-V测试,我们得到了该电池的开路电压、短路电流、填充因子和能量转化效率分别是0.57V、8.2mA/cm2、61%、2.9%。 最后我们还研究了利用CuI作为模板层来修饰基于CuPc/C60的有机太阳能电池。通过引入CuI模板层,太阳能电池的能量转化效率(PCE)达到了2.55%,增加了约70%。由于CuI和CuPc之间存在着很强的作用力,导致CuPc分子的堆积方式发生了变化,由原来的站立式堆积变成躺式堆积。这一变化使得光吸收增加了约65%,并且提高了载流子的迁移率和使得薄膜表面更加平整。通过XPS和UPS的研究,我们发现在ITO/CuI界面,负电荷由ITO向CuI层移动形成偶极子层,导致了阳极的功函数增加,减小了空穴的收集势垒。 【关键词】：有机太阳能电池 倒置结构 载流子运输 碘化亚铜 分子堆积方式
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 有机太阳能电池的研究意义及发展现状9-12
• 1.3 有机太阳能电池常用材料12-14
• 1.3.1 电子给体材料12-13
• 1.3.2 电子受体材料13-14
• 1.4 有机太阳能电池的基本结构14-16
• 1.4.1 单层器件结构15
• 1.4.2 双层异质结结构15
• 1.4.3 体异质结结构15
• 1.4.4 叠层结构太阳电池15-16
• 1.5 本论文的主要工作16-17
• 2 有机太阳能电池的制备与测试分析17-28
• 2.1 引言17-19
• 2.2 有机太阳能电池的参数表征19-22
• 2.3 有机太阳能电池实验设备与实验技术22-28
• 2.3.1 真空蒸镀机22
• 2.3.2 旋涂仪器22-23
• 2.3.3 模拟太阳光系统23
• 2.3.4 电流-电压测试系统23-24
• 2.3.5 电容-电压测试系统24-25
• 2.3.6 吸收谱、透射谱测试系统25
• 2.3.7 扫描电子显微镜SEM25-26
• 2.3.8 X射线光电子能谱XPS26-27
• 2.3.9 X射线衍射XRD27-28
• 3 基于P3 HT：PCBM活性层有机太阳能电池的制备和研究28-34
• 3.1 引言28
• 3.2 基于P3HT：PCBM的倒置结构和正置结构有机太阳能电池的制备28-29
• 3.3 实验结果与讨论29-33
• 3.3.1 基于P3HT：PCBM的单载流子器件导电机制的研究29-30
• 3.3.2 不同条件下退火对基于P3HT：PCBM有机太阳能电池的影响30-31
• 3.2.3 基于P3HT：PCBM的倒置结构和正置结构有机太阳能电池性能的研究31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 基于P3HT：PCBM的倒置结构有机太阳能电池的载流子运输机制研究34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 倒置结构ITO/ZnO/P3HT：PCBM/MoO_3/Al有机太阳能电池的制备34-35
• 4.3 实验结果与讨论35-42
• 4.3.1 ITO/ZnO/P3HT：PCBM/MoO_3/Al器件的电流-电压(I-V)特性分析35-40
• 4.3.2 ITO/ZnO/P3HT：PCBM/MoO_3/Al器件的界面态分析40-41
• 4.3.3 ITO/ZnO/P3HT：PCBM/MoO_3/Al器件的电容-电压(C-V)特性分析41-42
• 4.4 本章小结42-43
• 5 基于CuI模板层修饰CuPc/C60有机太阳能电池的研究43-50
• 5.1 引言43
• 5.2 基于CuI模板层CuPc/C_(60)有机太阳能电池的制备43-44
• 5.3 实验结果与讨论44-49
• 5.3.1 CuI模板层上CuPc分子的堆积结构44-45
• 5.3.2 CuI模板层上沉积的CuPc的吸收特征45-46
• 5.3.3 ITO/CuI的界面研究46-48
• 5.3.4 CuPc/C_(60)有机太阳能电池的光伏特性48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 结论50-51
• 参考文献51-55
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况55-56
• 致谢56-57

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