提高有機(jī)太陽電池中空穴輸出效率方法的研究.pdf

1、本論文將探討基于酞菁銅/碳60/LiF的有機(jī)太陽電池空穴輸出效率的提高。研究影響器件空穴輸出效率的因素,如陽極的處理?xiàng)l件、陽極修飾層的選擇等,并通過器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和分析,器件層與層之間界面的修飾以及材料的改進(jìn),材料的光學(xué)、電學(xué)特性、能帶結(jié)構(gòu)、器件的電學(xué)特性,衰減特性等研究找到有效提高器件空穴輸出效率的途徑。
　　 首先是從陽極處理入手研究空穴輸出效率。對ITO進(jìn)行表面處理改變ITO參數(shù)(功函數(shù)、載流子濃度、電阻、表面粗糙度),這

2、很大程度上影響了太陽能電池的性能。主要進(jìn)行了酸處理、堿處理、以及紫外臭氧處理三種ITO處理方法制成電池并進(jìn)行電池性能的比較。結(jié)果表明ITO表面經(jīng)過酸處理或者紫外臭氧處理制造的ITO/CuPc/C60/LiF/Al太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率比ITO表面沒有處理過的制成的有機(jī)太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率有明顯升高。
　　 為了提高有機(jī)太陽電池空穴輸出效率,本論文還采用陽極修飾法構(gòu)建了基于酞菁銅(CuPc)和碳60(C60)的有機(jī)小分子太陽電池

3、,分別研究了酞菁鋅(Znpc)、聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)和PEDOT:PSS/ZnPc作為陽極修飾層對該有機(jī)太陽電池輸出性能的影響,并對三種修飾層的相關(guān)機(jī)理進(jìn)行了探討。結(jié)果表明:加入ZnPc修飾層的電池開路電壓(voc)增大,從0.372提高到0.479V。旋涂PEDOT:PSS的電池短路電流(Jsc)提高,由1.943提高到3.752 mA/cm2。而以PEDOT:PSS/ZnPc作為陽極修飾的電池Voc和Jsc都均有較大的

4、提高,Voc從0.372提高到0.482V,Jse從1.943提高到3.810mA/cm2,其轉(zhuǎn)換效率可提高兩倍以上。分析認(rèn)為,ZnPc更有利于陽極空穴的輸出以及PEDOT:PSS能有效改善ITO表面的平整度的性質(zhì)是提高太陽電池性能的主要原因。
　　 雖然電極緩沖層可以提高有機(jī)電池的性能,但它有時會降低電池的穩(wěn)定性。如PEDOT:PSS層。PEDOT:PSS有很強(qiáng)的從周圍環(huán)境中吸收水蒸氣的能力。而且,PSS很容易擴(kuò)散到別的層中。

5、所以只有PEDOT:PSS層的電池性能衰減很快。當(dāng)使用PEDOT:PSS/ZnPc系統(tǒng)時,ZnPc層將抑制水到PEDOT:PSS層的擴(kuò)散速度,并且減少PSS滲透到其他層中。此外,由PEDOT:PSS/ZnPc/CuPc體系形成雙內(nèi)建電場可以有效阻止?jié)馪EDOT:PSS層中的H+滲透進(jìn)有源層。由于這些因素,用于PEDOT:PSS/ZnPc陽極緩沖層系統(tǒng)的電池的穩(wěn)定性能最高。
　　 總之,PEDOT:PSS/ZnPc陽極緩沖層系統(tǒng)結(jié)

6、合利用單個ZnPc陽極緩沖層和單個PEDOT:PSS緩沖層的優(yōu)點(diǎn),使電池性能得到很大的改善。同時,這個陽極緩沖層系統(tǒng)克服了只有單個緩沖層的電池在穩(wěn)定性上的缺點(diǎn)。
　　 另外,本論文還推導(dǎo)了光波電矢量的傳輸矩陣。通過光學(xué)傳輸矩陣的方法,我們分析了CuPc/C60/LiF電池內(nèi)部的光強(qiáng)分布,并畫出了結(jié)構(gòu)為:ITO(220nm)/LiF(1nm)/CuPc(20nm)/C60(40nm)/Al(100nm)電池和ITO(220nm)/