阳极修饰对于有机太阳能电池特性影响的研究

【摘要】：在小分子有机太阳能电池中,电极通常所采用的材料为透明导电氧化物,其中又以氧化铟锡薄膜最为常见。 在本文中,我们用Ag膜来取代ITO作为有机太阳能电池的阳极,有机层为copper phthalocyanine (CuPc) /fullerene (C60) /bathocuproine (BCP),半透明阴极采用Ag薄膜外加覆盖层(capping layer)NPB(α-naphthylphenylbiphenyl diamine)的元件结构,将阳极在进行有机材料热蒸镀之前利用UV-Ozone进行不同时间的氧化处理(0-150 sec)。根据实验数据,讨论并分析了: (1)经过UV-Ozone氧化处理后的阳极的物理及光电特性的变化。由于阳极表面AgO_x层的形成,阳极表面功函数(Φ),表面形态,表面粗糙度(Ra),薄膜电阻等,大部分上述特性的值都随着UV-Ozone的曝光时间的增长而增加; (2)与传统底部入光的有机太阳能电池不同,在本实验中元件采用阴极入光的方式,即为顶部入光。这就要求阴极既要具有良好的导电率,也要对光具有较高的透射率。我们选用Ag薄膜作为阴极,通过调整薄膜的厚度,在透射率与导电率之间找到了最佳厚度参数。此外,为了进一步加强阴极的透光率,提升有机太阳能电池的光电转换效率,我们在阴极Ag薄膜之上,又加了覆盖层NPB。NPB的加入使得阴极透射率提升,也增强了元件的稳定性; (3)功函数和表面粗糙度主导了有机太阳能电池的性能,它们二者对于光电转换效率的作用恰好相反。当增加阳极表面功函数时,CuPc和阳极之间的能级差减小,有利于空穴的注入,增加了开路电压(Voc)。当表面粗糙度增加时,会导致局部陷阱密度增大,从而阻碍了空穴的注入,降低了开路电压。同时还会降低反射率,从而减小短路电流(JSC)。 在本文中最优化元件的Ag阳极经UV-Ozone表面氧化处理时间为45 sec,它的最高光电转换效率为1.04%,开路电压Voc为0.48V,短路电流JSC为3.56 mA/cm2 ,填充因子(fill factor)为60.7%。 【关键词】：有机太阳能电池 阳极修饰 光电转换效率
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 研究背景8-11
• 1.2 有机太阳能电池概述11-13
• 1.3 有机太阳能电池的研究现状13-16
• 1.4 研究内容16
• 1.5 论文提纲16-18
• 第二章 有机太阳能电池的基本原理18-27
• 2.1 有机太阳能电池的工作原理18-21
• 2.1.1 光的吸收和激子的产生18
• 2.1.2 激子的扩散18-19
• 2.1.3 电荷分离19
• 2.1.4 载流子的传输与收集19-20
• 2.1.5 常用的有机小分子光电材料20-21
• 2.2 有机太阳能电池光伏特性的表征21-27
• 2.2.1 外部量子效率21-22
• 2.2.2 光电转换效率22-23
• 2.2.3 等效电路23-27
• 第三章 有机太阳能电池的制作与测量27-40
• 3.1 实验仪器与技术27-35
• 3.1.1 真空蒸镀机27-28
• 3.1.2 薄膜厚度的测量28-30
• 3.1.3 紫外线臭氧发生器30
• 3.1.4 薄膜电阻的测量30-31
• 3.1.5 反射频谱与透射频谱的测量31-32
• 3.1.6 电压-电流特性曲线测量系统32-33
• 3.1.7 外部量子效率测量系统33-35
• 3.2 元件的制作35-37
• 3.3 元件的材料与结构37-40
• 第四章 AgO_x层对有机太阳能电池的影响40-59
• 4.1 研究背景40
• 4.2 AgO_x 层对有机太阳能电池阳极特性的影响40-50
• 4.2.1 阳极表面AgO_x 层的形成41-42
• 4.2.2 阳极表面功函数和薄膜电阻的变化42-46
• 4.2.3 阳极表面形貌的变化46-48
• 4.2.4 阳极反射率的变化48-50
• 4.3 阴极膜层对有机太阳能电池的影响50-52
• 4.3.1 Ag 薄膜作为半透明阴极50-52
• 4.3.2 NPB 作为覆盖层与光学耦合层52
• 4.4 AgO_x 层对有机太阳能电池特性的影响52-59
• 4.4.1 无光照J-V 特性曲线52-55
• 4.4.2 有光照J-V 特性曲线55-57
• 4.4.3 外部量子效率57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 论文总结59
• 5.2 主要创新点59
• 5.3 展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-70
• 攻读硕士学位期间研究成果70-71

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