有机太阳能电池的电极调控

【摘要】：由于在低成本太阳能转化领域的潜力，有机太阳能电池吸引了广泛的注意力。在过去的几十年里，有机太阳能取得了飞速的发展，新材料的开发，活性层形貌修饰、调控，器件结构的优化，使得有机太阳能电池的效率不断提高。通常，有机太阳能电池由正负电极以及中间的活性层构成。其中，活性层主要用来俘获光子，产生激子而电极则负责载流子的收集，同时也对入射的光进行反射，从而可以进行二次吸收。因此，电极的反射率和载流子收集能力对有机太阳能电池效率的提高也起到很重要的作用。 现在，最常用的透明电极为ITO，因为其在具有良好的导电能力的情况下，在可见光波段具有很高的光透射率。金属Al和Ca则为常用的背电极材料。Ca电极有相对较低的功函数，但是在空气中不稳定，容易氧化，而Al的功函数又偏高，不利于能级的匹配，所以我们需要去寻找一些更合适的背电极。 本文运用高真空热蒸发镀膜技术制备基于CuPc/C_(60)的有机小分子太阳能电池。我们尝试了两种不同的电极：1）Sm:Al/Al复合电极；2）有微纳结构的电极。我们研究了器件的电流-电压特性（J-V），外量子效率（EQE）及其他性能的改变，具体的工作如下： 1.稀土金属钐在制备高对比率有机电致发光器件展现出了应用前景，应为Sm具有较低的功函数以及低反射率。在本项工作中，我们提出将Sm:Al/Al复合电极应用于基于小分子材料CuPc/C_(60)的有机太阳能器件中。结果我们发现，相比参照器件，具有复合电极的器件效率提高了64%。更重要的是，我们通过器件的优化与调试，最终找到了一个背电极反射率和载流子收集能力的平衡点，在Sm:Al体积比为1:3的时候，是器件的效率达到了最大。 2.利用PDMS在固化过程中形成随机褶皱的特性，我们制备了包含有微纳结构电极的柔性有机太阳能电池。首先，我们将加有固化剂的PDMS旋涂在PET基底上，用95的温度退火处理20分钟，然后在上面蒸镀一层5nm厚Al膜，之后再用60的温度退火2小时，使其固化。完成后我们在PDMS的表面上蒸镀半透明的Ag膜作为小分子电池的阳极，并在此基础上制备基于CuPc/C_(60)的小分子电池。但是由于我们的工作还没完成，器件的效率还很低，我们还需要更多的工作来探索PDMS褶皱的制备条件以及优化电极的厚度来提高器件的整体效率。 【关键词】：小分子 有机太阳能电池 电极 Sm PDMS
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 新能源-太阳能10-12
• 1.2 太阳能电池及其分类12-15
• 1.2.1 硅太阳能电池12-13
• 1.2.2 多元化合物薄膜太阳能电池13
• 1.2.3 纳米晶太阳能电池13-14
• 1.2.4 有机太阳能电池14-15
• 1.3 有机太阳能电池的研究进展15-16
• 1.4 有机太阳能电池的结构16-20
• 1.5 有机太阳能电池的基本工作原理20-22
• 1.5.1 激子的产生20-21
• 1.5.2 激子的扩散21
• 1.5.3 激子的分离21-22
• 1.5.4 电荷的传输与收集22
• 1.6 有机太阳能电池的主要性能参数22-24
• 1.6.1 开路电压（Voc）23
• 1.6.2 短路电流（Isc）23
• 1.6.3 填充因子（FF）23-24
• 1.6.4 转换效率（PCE）24
• 1.6.5 外量子效率（EQE 或者 IPCE）24
• 1.7 本论文的主要内容及结构24-25
• 1.8 参考文献25-28
• 2 有机太阳能电池的制备与表征28-35
• 2.1 实验设备简介28-32
• 2.1.1 高真空热蒸发镀膜仪28-29
• 2.1.2 太阳能电池测试系统29-30
• 2.1.3 材料表征系统30-32
• 2.2 实验材料32-34
• 2.3 参考文献34-35
• 3 Sm:Al/Al 复合电极在有机太阳能电池中的应用研究35-51
• 3.1 引言35-36
• 3.2 实验部分36-37
• 3.2.1 ITO 基底的清洁36
• 3.2.2 太阳能电池的制备36
• 3.2.3 太阳能电池的测试与表征36-37
• 3.3 实验结果与讨论37-49
• 3.4 小结49
• 3.5 参考文献49-51
• 4 基于微纳结构的半透明电极在有机太阳能电池中的应用51-61
• 4.1 引言51-54
• 4.2 微纳结构的制备与表征54-55
• 4.3 太阳能器件的制备55-56
• 4.4 结果与讨论56-60
• 4.5 小结60
• 4.6 参考文献60-61
• 5 全透明有机电致发光器件的电极研究61-69
• 5.1 引言61-63
• 5.2 实验部分63
• 5.3 实验结果与讨论63-68
• 5.4 小结68
• 5.5 参考文献68-69
• 6 展望和总结69-70
• 攻读学位期间本人出版或者公开发表的论著、论文70-71
• 致谢71-72

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