基于小分子掺杂的高分子有机半导体光伏器件性能研究

【摘要】：相比于传统的无机半导体材料，有机半导体材料具有成本低，污染小，易制备，柔性薄膜器件等众多优点。但是，限制有机半导体材料应用的最大问题在于有机半导体材料的载流子迁移率过低。而低的载流子迁移率会显著降低器件光电转换效率，从而大大限制了其应用。所以，提高有机材料的电荷传输效率就成了有机光电子学发展的关键所在。采用有机半导体材料的共混体系构造异质结结构是解决上述问题的有效途径。而时间分辨光谱学是理解一些关键光物理过程的关键工具。主要光物理学过程包括能量转移、电荷的产生、传输、复合和分离等。 本论文主要基于小分子材料苝N,N9-bis(1-ethylpropyl)-3,4,9,10-perylenebis(dicarboximide)(EPPTC)和聚芴衍生物Poly(9,9’-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole)(F8BT)的混合物。主要利用稳态和瞬态光谱学，以及显微表征技术，研究混合物形成的相异质结结构中的光物理学和光电子学特性。利用混合物薄膜制备了光伏器件，研究不同退火温度和不同配比下的光电转换效率。改变退火温度和配比浓度目的在于调制混合物中的相分离特性、表面形貌以及小分子的结晶特性。本论文的结构安排如下： 1.利用原子力显微技术研究了退火温度和配比浓度对F8BT:EPPTC共混体系表面形貌特征的影响。实际上，退火温度和配比浓度实际上改变了两种分子的相分离特性和小分子的结晶特性。 2.研究了F8BT:EPPTC共混体系的光谱学响应特性。表征了不同配比和不同退火温度下共混体系的吸收和发射光谱。同时，提高退火温度和小分子EPPTC的浓度，可以加强EPPTC的结晶特性。 3.系统研究了基于小分子掺杂高分子材料的光伏器件的外量子效率对退火温度和浓度配比的依赖关系。结果发现改变退火温度和配比可以有效地揭示有机异质结结构中的光物理学特性并优化光伏器件的光电子学特性。 【关键词】：小分子掺杂的高分子半导体材料 退火温度 浓度配比 光伏器件 相分离和结晶 吸收及发射光谱学 激发复合体
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN304.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 有机半导体材料9-13
• 1.1.1 有机半导体材料的基本特征9-10
• 1.1.2 有机半导体的应用10-12
• 1.1.3 有机半导体材料的其他应用12-13
• 1.2 有机半导体体异质结13-15
• 1.2.1 有机半导体异质结结构分类13-14
• 1.2.2 有机半导体体异质结结构14-15
• 1.3 有机太阳能电池15-18
• 1.3.1 有机太阳能电池的基本工作原理15-17
• 1.3.2 有机太阳能电池发展历程17-18
• 1.4 本论文主要研究内容18-19
• 第2章 有机半导体异质结结构的制备19-31
• 2.1 有机半导体掺杂技术19-20
• 2.1.1 半导体掺杂技术19
• 2.1.2 有机半导体掺杂19-20
• 2.2 激发复合体20-22
• 2.2.1 激发复合体20-21
• 2.2.2 激发复合体的光谱学表征21-22
• 2.3 有机太阳能电池材料及特性参数22-25
• 2.3.1 有机太阳能电池材料22-23
• 2.3.2 有机太阳能电池性能参数23-25
• 2.4 有机共混体系组成25-27
• 2.4.1 组成共混体系的有机半导体材料25-27
• 2.4.2 缓冲层材料27
• 2.5 共混体系及其器件制备27-30
• 2.5.1 共混体系的制备27-28
• 2.5.2 共混体系光伏器件的制备28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 小分子掺杂的共混体系光谱学特性31-41
• 3.1 共混体系的光物理特性31-32
• 3.2 退火温度对共混体系光物理特性的影响32-36
• 3.2.1 共混体系薄膜显微结构表征32
• 3.2.2 共混体系薄膜吸收光谱32-34
• 3.2.3 共混体系薄膜荧光光谱34-35
• 3.2.4 共混体系薄膜瞬态光谱35-36
• 3.3 不同比例 F8BT:EPPTC 共混体系光谱学特性36-39
• 3.3.1 共混体系薄膜吸收光谱36-37
• 3.3.2 共混体系薄膜发射光谱37-38
• 3.3.3 共混体系薄膜瞬态光谱38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 小分子掺杂的高分子有机光伏器件41-45
• 4.1 比例对于器件性能的影响41-42
• 4.2 退火温度对于器件性能的影响42-43
• 4.3 本章小结43-45
• 结论45-47
• 参考文献47-51
• 攻读硕士期间发表的论文51-53
• 致谢53

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