利用不同阴极缓冲层改善有机小分子Pentacene/C60太阳能电池的性能

论文摘要

摘要：在有机小分子太阳能电池中,有机层与阴极的界面对器件性能的好坏起着重要的作用,通常需要在有机层与阴极之间插入缓冲层。目前关于这类缓冲层的研究主要集中在CuPc/Ceo结构的电池上。Pentacene相较于CuPc具有较好的结晶性以及较高的电荷迁移率,因此本文选用了基于Pentacene/C6o结构的小分子电池来研究阴极缓冲层的作用机理。主要进行了以下几方面的研究：一.实验制备了以bathocuproine （BCP）作为缓冲层的器件,结构为ITO/PEDOT:PSS/Pentacene/C60/BCP/Al。引入了缓冲层后,器件的性能得到了大幅度的提高,这与CuPc/C60结构的电池类似。BCP的作用主要有两个方面,一是作为激子阻挡层,减少电子空穴对在电极附近的复合,二是对电池的有机层起缓冲保护的作用,减轻C60层在A1电极制作过程中由于金属原子侵入而引起的导电性的下降,减小了电池的电阻。此外,研究BCP厚度对器件性能的影响发现,随着BCP厚度的增加,电导性的降低是限制器件性能的主要原因。二.在使用电子迁移率比BCP高两个数量级的bathophenanthroline （Bphen）作为缓冲层后,电池效率从0.46%提高到0.56%。我们认为,缓冲层主要依靠在Al制备时所形成的缺陷态传输电子,但是缓冲层本身的迁移率大小也会对电子的传输存在影响。激子在给受体界面解离后,电子从C60层经过缓冲层到达Al电极,与BCP相比,Bphen相对较高的电导性使电子能够更好地穿过缓冲层,从而增加电极对电子的收集。三.本文用在可见光区具有光吸收的3,4,9,10-Perylenetetracarb-oxylicdianhydride （PTCDA）作为缓冲层,得到的器件性能优于使用同一厚度的BCP及Bphen材料的器件。在PTCDA厚度为10 nm时,电池短路电流提高至5.97mA/cm2,效率达0.87%。缓冲层不仅可以对有机光伏电池的有机层起缓冲保护的作用,而且当使用一些有光吸收的材料作缓冲层时,可以起到增加电池光吸收的作用。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1. 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 太阳能电池的分类
• 1.2.1 硅太阳能电池
• 1.2.2 多元化合物薄膜太阳能电池
• 1.2.3 纳米晶太阳能电池
• 1.2.4 有机太阳能电池
• 1.3 有机太阳能电池研究进展
• 1.4 本论文的主要工作
• 1.5 论文提纲
• 2. 有机太阳能电池的基本原理
• 2.1 工作原理
• 2.1.1 光吸收和激子的产生
• 2.1.2 激子扩散
• 2.1.3 激子解离
• 2.1.4 电荷的收集
• 2.2 常用材料与结构
• 2.2.1 常用材料
• 2.2.2 基本结构及各结构特点
• 2.3 有机太阳能电池的主要特性参数
• 2.3.1 开路电压（Voc）
• 2.3.2 短路电池（Isc）
• 2.3.3 光电转换效率 η
• 2.3.4 填充因子（fill-factor,FF）
• 2.3.5 外量子效率
• 2.3.6 串并联电阻
• 2.4 有机太阳能电池的常用实验制备设备及表征测试设备
• 2.4.1 有机太阳能电池的常用实验设备
• 2.4.2 有机太阳能电池Ⅰ-Ⅴ曲线的测量
• 2.5 影响有机太阳能电池效率的因素
• 2.5.1 有机功能层的光吸收能力
• 2.5.2 有机材料的激子扩散距离
• 2.5.3 激子解离的效率
• 2.5.4 载流子传输的效率
• 2.5.5 影响小分子太阳能电池效率的主要因素
• 3. 阴极缓冲层提高电池性能的理论基础
• 3.1 缓冲层对有机太阳能电池性能的作用
• 3.2 阴极缓冲层对有机小分子太阳能电池的作用
• 3.3 本部分结论
• 4. 不同阴极缓冲层对电池的作用
• 4.1 BCP材料作为阴极缓冲层的研究
• 4.1.1 器件制备及测试
• 4.1.2 实验结果与分析
• 4.2 电子迁移率较高的Bphen材料作为阴极缓冲层的研究
• 4.2.1 器件制备及测试
• 4.2.2 实验结果与分析
• 4.3 可见光区具有光吸收的PTCDA材料作为阴极缓冲层的研究
• 4.3.1 器件制备及测试
• 4.3.2 实验结果与分析
• 5. 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集