有機(jī)小分子太陽電池陰極修飾的研究.pdf

1、近幾年有機(jī)光電材料器件的研究發(fā)展迅猛。用有機(jī)半導(dǎo)體制作太陽能電池,工藝簡單,成本低廉,雖然目前轉(zhuǎn)換效率較低,但具有發(fā)展的潛在優(yōu)勢。為了改善有機(jī)太陽能電池的性能,各種研究工作正在進(jìn)行,這些研究主要是為了尋找新的材料,優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)。
　　 本論文首先簡要介紹了有機(jī)太陽能電池基本性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、原理、研究現(xiàn)狀及缺陷和產(chǎn)生原因,以及它的未來發(fā)展趨勢。對比分析了有機(jī)電致發(fā)光器件與有機(jī)太陽能的工作機(jī)理,同時(shí)利用能帶圖分析了有機(jī)太陽能電池的I-V

2、等特性曲線,更加深入的了解其工作機(jī)制。
　　 論文主要研究了ITO/ZnPc/C60/bufferlayer/Al結(jié)構(gòu)的雙層異質(zhì)結(jié)電池,其中ZnPc作為施主材料,C60作為受主材料。LiF、Alq3和ZnPc分別作為陰極修飾材料。制備的工藝流程包括ITO電極的制備、基片預(yù)處理、真空鍍膜。然后進(jìn)行光電性能的測試。
　　 通過光學(xué)傳輸矩陣的方法分析了ITO/ZnPc/C60/Al結(jié)構(gòu)的電池在量子效率峰值波長450nm和630

3、nm處的內(nèi)部光強(qiáng)分布圖;利用光強(qiáng)分布的方法,計(jì)算ZnPc/C60界面兩側(cè)激子擴(kuò)散長度區(qū)域內(nèi)的激子產(chǎn)量與ZnPc和C60厚度的關(guān)系,得到了電池的理論優(yōu)化結(jié)構(gòu)為:ITO(220nm)/ZnPc(30nm)/C60(40nm)/Al(100nm)。通過大量實(shí)驗(yàn)對理論結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,理論和實(shí)驗(yàn)得到一致結(jié)果。
　　 論文著重討論了陰極修飾層對ZnPc/C60電池性能的影響,引入適當(dāng)厚度的修飾層可以提高器件的性能。從光學(xué)和電學(xué)方面分析了修飾層

4、對器件影響的工作機(jī)理。重點(diǎn)利用真空能級偏移現(xiàn)象解釋了LiF降低了Al的功函數(shù),有機(jī)層和電極之間形成了良好的歐姆接觸,減少了串聯(lián)電阻,利于電子的注入到陰極,從而提高器件性能。對于Alq3修飾層,增強(qiáng)了器件對光的吸收,但是ZnPc修飾層對器件的光學(xué)性能影響不大。由于Alq3和ZnPc成膜性好,能更好的阻擋Al在蒸鍍過程中的對C60薄膜的影響,減少猝滅中心,從而提高器件性能。同時(shí),偶極層也普遍存在于修飾層和金屬電極的接觸面。修飾層的厚度對器件

5、性能也會產(chǎn)生較大的影響,通過大量的實(shí)驗(yàn),最終得出各個修飾層的最優(yōu)厚度為1nm的LiF、2.5nm的Alq3和3nm的ZnPc。不同修飾材料表現(xiàn)出了不同的優(yōu)勢,相比于未加修飾層的器件,用LiF修飾的器件填充因子提高了44％,Alq3修飾的器件轉(zhuǎn)換效率提高了5倍,ZnPc修飾的器件開路電壓最高。
　　 論文還對比分析了加有陰極修飾層器件和未加修飾層的器件穩(wěn)定性,未加修飾層的器件在空氣中C60和Al界面處會形成Al2O3薄層,對器件的

6、性能有一定的影響。隨著時(shí)間的推移,Al2O3薄層慢慢增厚,電池的各項(xiàng)性能均呈先上升后下降的趨勢。在ITO/ZnPc/C60/bufferlayer/Al電池結(jié)構(gòu)中,器件的性能都隨著時(shí)間的變化呈遞減趨勢。其中用LiF修飾的器件,由于LiF是絕緣材料,與有機(jī)層和金屬接觸不理想,相比之下衰減最嚴(yán)重;Alq3和ZnPc相對比較穩(wěn)定,成膜性好,在測試環(huán)境下,能較好的延緩氧氣和水汽進(jìn)入有源層的速率,提高了器件的穩(wěn)定性。
　　 實(shí)驗(yàn)中不同的修