有機小分子太陽電池陰極修飾的研究.pdf

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

2、等特性曲線,更加深入的了解其工作機制。
　　 論文主要研究了ITO/ZnPc/C60/bufferlayer/Al結構的雙層異質結電池,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、基片預處理、真空鍍膜。然后進行光電性能的測試。
　　 通過光學傳輸矩陣的方法分析了ITO/ZnPc/C60/Al結構的電池在量子效率峰值波長450nm和630

3、nm處的內部光強分布圖;利用光強分布的方法,計算ZnPc/C60界面兩側激子擴散長度區(qū)域內的激子產量與ZnPc和C60厚度的關系,得到了電池的理論優(yōu)化結構為:ITO(220nm)/ZnPc(30nm)/C60(40nm)/Al(100nm)。通過大量實驗對理論結果進行驗證,理論和實驗得到一致結果。
　　 論文著重討論了陰極修飾層對ZnPc/C60電池性能的影響,引入適當厚度的修飾層可以提高器件的性能。從光學和電學方面分析了修飾層

4、對器件影響的工作機理。重點利用真空能級偏移現象解釋了LiF降低了Al的功函數,有機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,增強了器件對光的吸收,但是ZnPc修飾層對器件的光學性能影響不大。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,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、性能也會產生較大的影響,通過大量的實驗,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。隨著時間的推移,Al2O3薄層慢慢增厚,電池的各項性能均呈先上升后下降的趨勢。在ITO/ZnPc/C60/bufferlayer/Al電池結構中,器件的性能都隨著時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,與有機層和金屬接觸不理想,相比之下衰減最嚴重;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入有源層的速率,提高了器件的穩(wěn)定性。
　　 實驗中不同的修