有机光伏二极管的光电子性能研究

【摘要】： 在有机电子器件领域中,有机光伏器件以其易于制作、成本低廉、无污染等优点受到了人们的广泛关注。有机光伏器件包括有机太阳能电池和有机光探测器。本论文研究了基于有机光伏器件的结构设计和光物理特性。 在有机太阳能电池领域,本论文以传统的只有一个激子分解界面的有机太阳能电池(ITO/CuPc/C60/BCP/LiF/Al)为基本结构,巧妙利用CuPc的双载流子传输特性和其适中的材料能级设计并制备出具有级联式能级结构的双激子分解界面太阳能电池(m-MTDATA/CuPc/C60/LiF/Al),其能量转化效率比传统有机太阳能电池提高了30%,并从理论上证明了该类型器件结构能有效提高器件性能的物理机制。 利用CuPc高电子迁移率属性,使其在有机电致发光(OLED)和有机太阳能电池中做电子传输层和激子阻挡层。深入讨论了CuPc对有OLED的发光性能的影响和在光伏器件中产生高开路电压的原因,发现CuPc除了本身具有的优良材料属性外,其与Al电极的相互作用也是影响器件性能的一个重要原因。 紫外探测器件方面,本论文设计并制备了基于有机紫外探测器的平面异质结有机光探测器件,在365nm紫外光辐照下其能量转换效率接近10 %;其体异质结器件具有强的激基复合物电致发光性能,在4伏反偏电压下的探测响应度达到135毫安/瓦。通过对比这两类器件,分析比较了发光和光伏过程中基激复合物的作用。 采用叠层结构利用开路光电压为2.26伏的光伏器件,首次制备了具有4.34伏高开路电压的有机光电转换器件,该器件具有强烈的365nm紫外响应并可以使光信号直接转变为逻辑电信号而无需其它转换电路。巨大的高低电位差和快速的有机器件响应速度使得有机光电子器件的应用领域得到进一步的拓宽。 【关键词】：有机光伏器件 太阳能电池 紫外探测器 激基复合物 能量转换效率
【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】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TN31
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 绪论11-13
• 第一章 理论基础与文献回顾13-37
• 1.1 有机半导体基础知识13-20
• 1.1.1 有机半导体的分类和特性13-14
• 1.1.2 有机分子的电子结构14-15
• 1.1.3 分子能级和分子间载流子的传导15-17
• 1.1.4 激子的分类17-18
• 1.1.5 激子能量传输的方式18-20
• 1.2 光伏的基本理论20-30
• 1.2.1 光伏的基础知识20-23
• 1.2.2 有机光伏器件的结构23-24
• 1.2.3 光伏的微观机制24-26
• 1.2.4 光伏的宏观物理表达和物理模型26-30
• 1.3 文献回顾30-36
• 1.3.1 有机光伏二极管的发展历史30-33
• 1.3.2 有机紫外探测器的研究意义和发展历程33-36
• 1.4 本论文的研究内容36-37
• 第二章 基于酞菁铜双载流子特性的级状能级有机太阳能电池37-49
• 2.1 实验方法和使用材料40-42
• 2.1.1 实验方法40-41
• 2.1.2 实验材料和器件结构41-42
• 2.2 实验结果42-47
• 2.3 小结47-49
• 第三章 CUPC 在有机太阳能电池中的作用49-65
• 3.1 OLED 的结构和工作原理53-56
• 3.1.1 OLED 的结构53
• 3.1.2 OLED 的工作原理53-54
• 3.1.3 OLED 的性能参数54-56
• 3.2 CuPc 对有机电致发光效率的提高作用56-58
• 3.2.1 实验材料和实验方法56-57
• 3.2.2 实验结果及讨论57-58
• 3.3 CuPc 对有机太阳能电池性能的提高58-63
• 3.3.1 参比器件的选择58-59
• 3.3.2 实验内容59-63
• 3.4 小结63-65
• 第四章 兼具激基复合物电致发光的高效有机紫外探测器65-79
• 4.1 相关知识及文献介绍68-70
• 4.2 实验内容70-76
• 4.2.1 实验材料和实验方法70-71
• 4.2.2 器件结构71
• 4.2.3 器件的光伏性能71-73
• 4.2.4 器件的探测器件性能73-74
• 4.2.5 器件的发光性能74-76
• 4.3 小结76-79
• 第五章 超高开路电压的紫外光伏器件和其在光学编码器上的应用79-87
• 5.1 叠层技术简介80-81
• 5.2 实验内容81-85
• 5.2.1 器件结构81-82
• 5.2.2 器件光伏参数82-83
• 5.2.3 器件在光学编码器上的应用83-85
• 5.3 小结85-87
• 第六章 结论87-89
• 参考文献89-94
• 在学期间学术成果情况94-96
• 指导教师及作者简介96-97
• 致谢97

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