有機(jī)光伏器件的界面能級(jí)排列及電荷分離機(jī)制的研究.pdf

1、近些年來(lái),有機(jī)光伏器件由于其具有成本低，材料容易設(shè)計(jì)合成，可做成大面積，制備過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)引起了越來(lái)越多的關(guān)注。光伏電池作為清潔可再生的能源可有效緩解當(dāng)前社會(huì)的能源需求，具有很大的應(yīng)用前景。在有機(jī)光電器件中，有機(jī)/有機(jī)和有機(jī)/無(wú)機(jī)界面對(duì)器件的性能和工作壽命有重要的影響。雖然我們?cè)谄骷膹V電效率方面取得重大進(jìn)展，但由于在有機(jī)界面中存在界面偶極、能帶彎曲、界面缺陷態(tài)等現(xiàn)象，傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體理論不能完全適用于有機(jī)界面，對(duì)有機(jī)界面的物理機(jī)制缺乏

2、清晰的認(rèn)識(shí)，限制了有機(jī)光電器件的進(jìn)一步發(fā)展，因此我們有必要對(duì)有機(jī)界面進(jìn)行深入的研究，進(jìn)一步理解其深層的物理機(jī)制。
　　本論文主要利用光電子能譜技術(shù)（包括UPS和XPS），研究了有機(jī)/無(wú)機(jī)，有機(jī)/有機(jī)界面能級(jí)排列以及界面電荷的分離及傳輸機(jī)制。研究基于鈣鈦礦和有機(jī)光伏電池，討論了界面能級(jí)排列對(duì)電荷在界面分離的影響，并且，我們通過(guò)調(diào)控基底功函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)改變有機(jī)界面的能級(jí)與分子結(jié)構(gòu)。最后，通過(guò)對(duì)有機(jī)材料的摻雜和變溫處理，分析了有機(jī)材料的電荷

3、傳輸特性。其主要內(nèi)容包括：
　?。?）首先我們研究了基于鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)，有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化界面對(duì)電荷分離的影響。通過(guò) UPS和 XPS探測(cè)技術(shù)，我們分析了鈣鈦礦/空穴傳輸材料（perovskite/HTM）界面的能級(jí)排列與電子結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)以CH3NH3PbIBr2鈣鈦礦材料為基底，Spiro-OMeTAD，NPB，F(xiàn)16CuPc，HATCN，MoO3等作為空穴傳輸材料，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，perovskite/HTM之間的空穴取出能級(jí)勢(shì)壘可以通過(guò)

4、改變空穴傳輸材料來(lái)調(diào)控，從而達(dá)到優(yōu)化界面能級(jí)排列，提高界面電荷分離效率的目的。
　　（2）接下來(lái)，我們發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化界面能級(jí)排列的過(guò)程中，界面能級(jí)的匹配不僅受到材料本身能級(jí)的影響，其他因素同樣起著決定性的作用，比如，基底功函數(shù)，界面分子結(jié)構(gòu)，無(wú)序誘導(dǎo)的缺陷態(tài)的貢獻(xiàn)。本章節(jié)我們研究了基底能級(jí)對(duì)F16CuPc/C60界面以及 TiOPc/C60界面的影響。隨著基底功函數(shù)從小到大的改變，F(xiàn)16CuPc費(fèi)米能級(jí)在帶隙內(nèi)從 LUMO能級(jí)處移動(dòng)

5、到 HOMO能級(jí)，同時(shí)，F(xiàn)16CuPc/C60界面能級(jí)排列也發(fā)生變化。與F16CuPc材料不同的是，極性分子TiOPc表現(xiàn)出不同的變化，TiOPc材料的界面能級(jí)不會(huì)隨著基底材料的變化而改變，基于 TiOPc/C60的界面能級(jí)排列沒(méi)有受到基底效應(yīng)的影響。不論在任何基底上，TiOPc/C60界面能級(jí)排列均保持不變。
　　（3）最后我們對(duì)材料的電荷傳輸特性進(jìn)行了研究，通過(guò)堿金屬化合物CsN3，Cs2CO3，CsF對(duì)電子傳輸材料Bphen