界面修飾層對有機(jī)太陽能電池的性能影響研究.pdf

1、有機(jī)太陽能電池具有制備工藝簡單、可以制備于柔性基板上、便攜性高、制備成本低廉、可以大面積成膜等優(yōu)勢，在環(huán)境問題日益嚴(yán)重的今天受到了越來越多的關(guān)注，并且在近二十年來獲得了迅猛地發(fā)展。但是目前仍因能量轉(zhuǎn)換效率低下、壽命較低、物理機(jī)理不明確等問題無法投入商業(yè)化應(yīng)用。而界面修飾層是影響有機(jī)太陽能電池能量轉(zhuǎn)換效率、壽命及器件穩(wěn)定性的重要因素，本論文以提高器件的能量轉(zhuǎn)換效率為主要目的，從器件結(jié)構(gòu)設(shè)計、界面修飾層優(yōu)化方面入手，系統(tǒng)地研究了界面修飾層對

2、器件轉(zhuǎn)換效率的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了Mg:Ca:Al合金陰極小分子有機(jī)太陽能電池，通過改變合金陰極中金屬Mg的摻雜比例對器件性能進(jìn)行優(yōu)化，再對優(yōu)化過合金陰極的器件改變陰極緩沖層BPhen的厚度，研究BPhen作為陰極緩沖層對器件性能的影響，發(fā)現(xiàn)BPhen的引入在活性層與金屬陰極之間形成了良好的接觸，有效提高了電子的傳輸效率以及陰極對其收集效率，同時降低了光生激子的猝滅，有效提高了器件的能量轉(zhuǎn)換效率，當(dāng)BPhen薄

3、膜厚度為10 nm時，器件獲得最大能量轉(zhuǎn)換效率0.96％，比未添加陰極緩沖層的器件提高了88.24%，此時器件的開路電壓為0.34 V，短路電流為6.90mA·cm-2，填充因子為0.41。⑵研究了CuPc:C60及NPB:C60結(jié)構(gòu)體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池，與同結(jié)構(gòu)平面異質(zhì)結(jié)器件進(jìn)行了對比，實驗結(jié)果表明體異質(zhì)結(jié)器件的性能較平面異質(zhì)結(jié)器件有較大幅度提高，通過改變CuPc及 NPB的摻雜比例對器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并研究 BPhen作為陰極緩

4、沖層對器件性能的影響。研究表明 BPhen作為陰極緩沖層起到了阻擋激子的作用，降低了光生載流子猝滅的幾率，有效地提高了器件性能。其中，對于CuPc/CuPc:C60/C60結(jié)構(gòu)的體異質(zhì)結(jié)器件，引入陰極緩沖層BPhen后器件的能量轉(zhuǎn)換效率由0.28%提高到了0.63%；對于CuPc/NPB:C60/C60結(jié)構(gòu)的器件，能量轉(zhuǎn)換效率由0.24%提高到了0.40%。⑶研究了引入陰極緩沖層Alq3的有機(jī)太陽能電池。通過實驗驗證了Alq3具有很好的

5、電子傳輸能力，并且因為其作為陰極緩沖層的引入使活性層與金屬陰極間形成了良好的接觸，提高了電子載流子的傳輸效率，增加了器件的能量轉(zhuǎn)換效率。實驗結(jié)果顯示，在Alq3薄膜厚度為3 nm時，器件的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到0.48%，相比于沒有陰極緩沖層的同結(jié)構(gòu)器件，引入了Alq3后器件的能量轉(zhuǎn)換效率提高了71.4%，該器件的開路電壓為0.25 V，短路電流為4.03 mA·cm-2，填充因子為0.47。⑷研究了NPB、MoO3及V2O5作為陽極緩沖層的

6、ITO/CuPc/CuPc:C60/C60/BPhen/Al結(jié)構(gòu)的小分子有機(jī)太陽能電池。實驗結(jié)果表明，NPB及MoO3的引入非但沒有提高器件性能反而影響了器件的能量轉(zhuǎn)換效率。而V2O5作為陽極緩沖層時，由于經(jīng)過V2O5修飾后降低了ITO表面粗糙度，有利于其與活性層之間形成良好的歐姆接觸，從而提高了器件的開路電壓。同時， V2O5作為陽極緩沖層有效地抑制了漏電流，降低了載流子的復(fù)合概率，從而提高了器件的短路電流。實驗結(jié)果顯示，當(dāng)V2O5薄