有机光伏器件的界面电子结构和形貌研究

【摘要】：随着现代科技的不断进步,以有机光伏器件和有机发光器件为代表的有机光电器件浮出水面并且迅速发展,由于其具备成本低廉、制备简单以及可实现柔性等优点,目前已经在新能源开发与利用、新型照明、平板和柔性显示等领域展现出广阔的应用前景,近年来受到人们的广泛关注。尤其是有机光伏器件,作为有效利用太阳能的新型器件,在能源危机和大气污染等问题日益严重的今天,有着举足轻重的作用。为了进一步提升有机光伏器件的性能,对器件结构的中存在的界面和表面的机理研究至关重要。本文主要利用了紫外光电子能谱(UPS)、X射线光电子能谱(XPS)以及原子力显微镜(AFM)研究了聚合物太阳能电池中基底材料、活性层中给体与受体材料的混合比例、退火温度这三项要素对活性层界面性质的影响,揭示了基底效应和退火效应对活性层界面电子结构以及表面形貌的作用,并总结了其变化规律。具体地来说,我们选择PCDTBT:PC70BM体异质结作为研究对象,通过变换基底材料和调节PCDTBT:PC70BM混合比例从而探究其基底效应,发现了界面能级排列对基底功函数的依赖性。当基底功函数较低时,随着PC70BM含量的变化,界面能级排列显示出从真空能级对齐到费米能级钉扎的过渡现象;当基底功函数较高时,界面能级排列始终遵循真空能级对齐原则。而在表面形貌方面,我们发现PCDTBT:PC70BM体异质结的表面形貌特征对基底比较敏感,并且还观察到了ZnO基底情况下特别的纳米波纹形貌。此外,通过调节对PCDTBT:PC70BM体异质结退火温度的高低从而探究其退火效应,我们从UPS谱、XPS谱和表面形貌这三个方面都发现并且验证了热退火而引起相分离现象。具体地来说,界面电子结构方面,PCDTBT:PC70BM混合物的功函数大小随着退火温度的升高而逐渐减小;表面形貌方面,退火温度达到120°C以上时活性层表面形貌发生了显著变化。总的来说,基底效应和退火效应的规律性总结都对聚合物太阳能电池性能的提升有着重要意义。 【关键词】：有机光伏器件 PCDTBT:PC_70BM 界面电子结构 基底效应 表面形貌 光学吸收
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-32
• 1.1 引言10-11
• 1.2 有机光伏器件介绍11-19
• 1.2.1 有机光伏器件的发展历程和产业现状11-13
• 1.2.2 有机光伏器件的工作过程和光电转化的基本原理13-15
• 1.2.3 有机光伏器件的分类15-17
• 1.2.4 有机光伏器件的重要参数17-18
• 1.2.5 有机光伏器件的常用材料18-19
• 1.3 界面电子结构与能级理论介绍19-26
• 1.3.1 有机材料的电子结构20-21
• 1.3.2 界面的能级排列21-22
• 1.3.3 能带弯曲问题22-23
• 1.3.4 有机光伏器件中的界面问题23-26
• 1.4 本论文的主要工作26-27
• 1.5 参考文献27-32
• 第二章 实验技术方法介绍32-41
• 2.1 光电子能谱仪32-35
• 2.2 原子力显微镜35-36
• 2.3 热蒸发镀膜设备和薄膜旋涂设备36-37
• 2.4 紫外可见分光光度计37-38
• 2.5 样品的制备和测试38-39
• 2.6 参考文献39-41
• 第三章 基底效应对有机光伏器件中活性层界面电子结构和形貌的影响41-68
• 3.1 引言41-45
• 3.2 基底效应对活性层界面电子结构的影响45-55
• 3.3 基底效应对活性层表面形貌的影响55-58
• 3.4 光学吸收特性的研究58-60
• 3.5 小结60-61
• 3.6 参考文献61-68
• 第四章 退火效应对有机光伏器件中活性层界面电子结构和形貌的影响68-90
• 4.1 引言68-71
• 4.2 退火效应对活性层界面电子结构的影响71-78
• 4.3 退火效应对活性层表面形貌的影响78-81
• 4.4 光学吸收特性的研究81-84
• 4.5 小结84-85
• 4.6 参考文献85-90
• 第五章 全文总结与展望90-92
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文92-93
• 致谢93-94

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