低功耗有機光伏技術研究.pdf

1、近幾年來，隨著化石能源的急劇減少，許多研究人員將注意力投向了可再生能源，其中太陽能便是一個很好的選擇，我們可以通過有機太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，這將很好地解決電力能源不足的問題。在眾多的光伏產(chǎn)品中，有機太陽能電池在提高電池的性能方面有很大的優(yōu)勢。本論文對低功耗有機光伏技術作了如下三個方面的研究：
　　利用4,4’-N,N’-二咔唑-聯(lián)苯(CBP)對三氧化鉬(MoO3)進行N型摻雜，并在反轉(zhuǎn)有機發(fā)光二極管和反轉(zhuǎn)聚合物太陽能電池中

2、應用這種摻雜材料。由于CBP和MoO3可以形成電荷轉(zhuǎn)移絡合物，同本征MoO3相比，MoO3:CBP薄膜的電導率有所提高，因此復合陽極為MoO3:CBP(15:1)7nm/MoO33nm/Al的反轉(zhuǎn)有機發(fā)光二極管的空穴電流比復合陽極為MoO310nm/Al的反轉(zhuǎn)有機發(fā)光二極管的空穴電流明顯提高。但是對于將MoO3:CBP應用于有機太陽能電池中，與ITO/TiO2/P3HT:PCBM/MoO310nm/Al相比， ITO/TiO2/P3HT

3、:PCBM/MoO3:CBP(15:1)7nm/MoO33nm/Al的能量轉(zhuǎn)換效率只是略有增加，這主要是由于在單質(zhì)結中MoO3一側的電子積累限制了電池在短路條件下空穴的導出，也就抵消了MoO3:CBP(15:1)比MoO3的電導率高的優(yōu)勢。因此通過CBP對MoO3進行N型摻雜，可以提高有機太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率和有機發(fā)光二極管的空穴注入能力。
　　利用3-己基取代聚噻吩(P3HT)、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61B

4、M)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)分別制作兩組分和三組分活性層。對于活性層P3HT:PCBM的有機太陽能電池，陰極結構分別為LiF/Al、BCP2nm/Al和BCP10nm/Al的有機太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率幾乎相同。其中BCP為2,9-二甲基-4,7-聯(lián)苯-1,10-鄰二氮雜菲。然而對于活性層P3HT:PCBM:PMMA的有機太陽能電池，同陰極結構為BCP10nm/Al和陰極結構為LiF/Al的有機太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率相比，陰極結

5、構為BCP2nm/Al的有機太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率提高了近42％。由于 P3HT:PCBM:PMMA中存在聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA會限制P3HT和PCBM的垂直相分離，因此與P3HT:PCBM中P3HT和PCBM的垂直相分離相比，P3HT:PCBM:PMMA中P3HT和PCBM的垂直相分離會受到限制。對于ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:PMMA/BCP2nm/Al的有機太陽能電池而言，該有機太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率比

6、結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al的有機太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率提高了近20%。因此通過對活性層薄膜形貌和陰極結構的研究，對低功耗有機光伏技術產(chǎn)業(yè)化起到了極大的推動作用。
　　利用2,9-二甲基-4,7-聯(lián)苯-1,10-鄰二氮雜菲(BCP)作為緩沖層，應用在有機太陽能電池中。在制作活性層為P3HT:PCBM的有機太陽能電池時，在旋涂完活性層之后，在溶劑揮發(fā)的過程中，由于P3HT比PCBM的表面能小，

7、P3HT向上方運動，這樣可以減少P3HT和PCBM的整體表面能，從而使得分子的形態(tài)達到熱力學穩(wěn)定態(tài)。這樣P3HT和PCBM就會在活性層的縱向方向上存在濃度梯度，其中較多的PCBM與PEDOT:PSS相接觸，而活性層表面P3HT相對更多。利用P3HT和BCP層之間可以形成光伏效應，進而可以產(chǎn)生一個開路電壓，從而可以提高有機太陽能電池的開路電壓，對于結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/BCP/Al的有機太陽能電池，該器件的

8、開路電壓可以看成是P3HT:PCBM和P3HT/BCP兩個結構的開路電壓的串聯(lián)，所以結構為 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/BCP/Al的有機太陽能電池的開路電壓比結構為ITO/PEDOT:PSS/P3HT/BCP/Al的有機太陽能電池的開路電壓大。另外利用BCP可以阻擋Al原子向活性層的擴散，從而可以減少激子淬滅，因此在獲得相同的能量轉(zhuǎn)化效率的前提下，BCP代替LiF可有效提高器件的壽命。BCP作為緩沖層，對于低功耗有