热处理与阴极修饰对Rubrene/C_(70)有机太阳能电池性能的改善

【摘要】：有机太阳能电池在成本、制备方式、柔性和器件面积上具有优势,单结器件的功率转换效率已突破了9%,但距离商用普及还有一定的距离。本论文通过真空热蒸发的方式制备了以Rubrene/C70为活性层的PN与PIN结构有机太阳能电池,在以下三方面做了细致的研究:1.制备了PN结构与PIN结构的Rubrene/C70有机太阳能电池。通过对两种器件进行热处理,研究热处理对电池性能的影响。结果发现经过热处理PN和PIN器件的短路电流密度(JSC)分别达到了3.526 m A·cm-2、5.413 m A·cm-2,功率转换效率(ηP)分别达到了1.43%、2.09%。比较没有热处理的器件,短路电流密度(JSC)、填充因子(FF)和功率转换效率(ηP)均有较大提升。我们认为热处理能使活性材料结晶,提升了载流子迁移率。同时增大了异质结面积,提高了激子解离的效率,导致了器件性能的提升。2.制备了结构为ITO/Mo O3(6 nm)/Rubrene(30 nm)/C70(30 nm)/PTCBI(x nm)/Al(150nm)器件,研究了四羧基苝的衍生物PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C70有机太阳能电池的作用。实验结果显示:在C70与Al电极之间插入PTCBI后,电池性能得到明显改善;分析表明:插入PTCBI后,活性层与阴极形成了良好的欧姆接触,提高了器件的内建电场,同时PTCBI避免了激子与Al电极的接触,减少了在制备过程中高动能Al对C70的破坏。进一步考察了PTCBI厚度对电池的性能的影响,结果显示,厚度为6 nm的PTCBI层器件性能最佳,其开路电压(VOC)、填充因子(FF)、短路电流密度(JSC)与功率转换效率(ηP)与未插入PTCBI修饰层的器件相比分别提高了70.4%、55.5%、125.1%、292.2%。3.考察了PTCBI修饰的Rubrene/C70器件的退化现象,分析了导致OSCs性能退化的因素。通过每隔一段时间对器件进行J-V特性曲线的跟踪测试,研究了器件各项参数与随时间变化的关系。实验结果显示,器件的Voc不会改变,但JSC与ηP都随着时间不断衰减。我们认为,水与氧气的共同作用是导致器件衰退的重要原因,有机物与金属电极界面会在常温下与水、氧气发生反应,导致器件分层,性能的不断恶化,所以需要对器件进行封装。 【关键词】：热处理 阴极修饰 有机太阳能电池 PTCBI Rubrene/C70
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-23
• 1.1 研究背景及意义7-9
• 1.2 OSCs的发展历程9-10
• 1.3 OSCs的工作原理及性能表征10-14
• 1.4 OSCs效率的提升途径14-18
• 1.5 本论文的选题依据、主要内容及提纲18-19
• 参考文献19-23
• 2 有机小分子异质结电池的制备与表征23-29
• 2.1 器件的制备23-27
• 2.2 器件表征测试27-29
• 3 热处理对Rubrene/C_(70) 太阳能电池性能的改善29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 实验29-31
• 3.3 结果与讨论31-34
• 3.4 小结34-35
• 参考文献35-37
• 4 PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C_(70) 器件的影响37-47
• 4.1 引言37-38
• 4.2 实验38-39
• 4.3 结果与讨论39-44
• 4.4 小结44-45
• 参考文献45-47
• 5 PTCBI修饰的Rubrene/C_(70) 器件退化研究47-52
• 5.1 引言47
• 5.2 实验47-48
• 5.3 结果与讨论48-50
• 5.4 小结50-51
• 参考文献51-52
• 6 总结与展望52-55
• 6.1 总结52-53
• 6.2 展望53-55
• 硕士期间发表的论文55-56
• 致谢56

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