界面修飾層對基于C60受體的有機光伏電池性能的影響.pdf

1、伴隨著人類工業(yè)文明的不斷發(fā)展，大量使用不可再生的化石能源如煤、石油、天然氣等，不僅會導(dǎo)致全球能源供應(yīng)危機的不斷加劇，而且還會對環(huán)境造成嚴重的污染和破壞。因此太陽能光伏電池作為一種理想的清潔能源受到了越來越多的關(guān)注，而且取得了很大的進展。然而要使有機太陽能電池達到實用化，其能量轉(zhuǎn)化效率和工作壽命亟待提高。在有機光伏器件中，除了給體和受體材料，界面修飾層對電池的性能也有直接影響。因此研發(fā)性能優(yōu)良的陰極或陽極界面修飾層具有重要的意義，也是目前

2、研究的熱點問題。
　　本論文在基于CuPc/C60和SQ/C60的平面異質(zhì)結(jié)型有機太陽能電池中，研究了不同的陰極界面修飾層和陽極界面修飾層對電池性能的影響。具體工作如下：
　?。?）制備以SQ/C60活性層為基礎(chǔ)的參比電池，結(jié)構(gòu)為：ITO/MoO3/SQ/C60/BCP/Al。以BCP為基礎(chǔ)，圍繞陰極界面修飾，設(shè)計了Bphen/BCP、TPBi/BCP和 Alq3/BCP三種復(fù)合陰極界面修飾層結(jié)構(gòu)并將其引入到參比電池中。研究

3、了保持BCP厚度不變條件下，改變Bphen、TPBi和Alq3的厚度對電池性能的影響。當(dāng)Alq3/BCP復(fù)合陰極界面修飾層中Alq3厚度為3 nm時，電池的短路電流密度達到10.15 mA/cm2，獲得的最高光電轉(zhuǎn)換效率為3.09％，相較參比電池提高幅度分別為3.5%和9.6%。制備另一以CuPc/C60活性層為基礎(chǔ)的參比電池，結(jié)構(gòu)為：ITO/MoO3/CuPc/C60/BCP/Al。將三種復(fù)合陰極界面修飾層Bphen/BCP、TPBi

4、/BCP和Alq3/BCP同樣引入到參比電池中。使用Alq3厚度為3 nm的復(fù)合陰極界面修飾層時，電池的短路電流密度為8.98 mA/cm2，提高了101%，最高光電轉(zhuǎn)換效率提高了69%，達到1.83%。因此厚度為3 nm的Alq3與BCP組成的復(fù)合陰極界面修飾層對電池性能的提升作用明顯。為了進一步解釋其機理，設(shè)計并制備了單電子載流器件ITO/Al/Alq3/BCP/Al。測試結(jié)果表明：加入Alq3/BCP復(fù)合陰極界面修飾層后在修飾層與

5、電極間界面處可形成歐姆接觸，從而增強了電池的電子提取能力。此外，上述對電池效率的提升作用還可能歸因于：復(fù)合陰極界面修飾層的加入比單層BCP更好的抑制了激子在靠近電極一側(cè)的淬滅。
　?。?）在 MoO3陽極緩沖層的基礎(chǔ)上，設(shè)計了 MoO3/NPB、MoO3/TcTa和MoO3/Alq3三種復(fù)合陽極界面修飾層結(jié)構(gòu)并將其應(yīng)用到SQ/C60參比電池與 CuPc/C60參比電池中。保持 MoO3厚度不變，研究改變 NPB、TPBi與Alq3

6、的厚度對電池性能產(chǎn)生的影響。在SQ/C60電池中，當(dāng)加入厚度為3 nm的NPB時，電池的開路電壓從0.62 V增大到0.66 V，光電轉(zhuǎn)換效率達到2.80%，低于參比電池2.82%的光電轉(zhuǎn)換效率。在CuPc/C60電池中，加入3 nmAlq3后，短路電流密度達到4.50 mA/cm2略高于參比電池，電池的光電轉(zhuǎn)換效率基本不變。由此可見，雖然引入上述復(fù)合陽極界面修飾層后電池的光電轉(zhuǎn)換效率沒有得到明顯提高，但是增大了電池的開路電壓。因此，就