有机/无机杂化光伏器件及其电极的修饰

【摘要】：由于能源的消耗,污染的加剧,对于可再生能源的研究是解决能源危机的有效途径。目前为止,对于无机太阳能的研究已经取得了一定的成果,其性能稳定,效率高,然而造价昂贵,工艺复杂；目前有机太阳能的效率虽然不及无机太阳能电池,然而具有造价低,无污染,能够大面积生产等优点,二者各有优缺点。如果能够把有机和无机材料的优点结合起来,制造有机/无机杂化太阳能电池,那么必将成为研究的热点。本论文主要研究内容分为三部分：首先,我们制备了基于C60/CuPc的倒置结构有机太阳能电池,并在生长电池之前,利用磁控溅射在ITO衬底上溅射一层氧化镓薄膜,用于修饰ITO衬底,通过生长这层氧化镓修饰层,制备的器件结构为：ITO/Ga203/BCP/C6o/CuPc/Mo03/Al倒置有机太阳能电池的能量转换效率提高了,并且短路电流和填充因子都有提高,有效的改善了电池的性能。最后通过优化氧化镓的厚度,使得效率提高了30%。其次,通过研究发现,碘化铅是一种性能优良的电子给体材料,制备了基于PbI2的有机／无机杂化太阳能电池,器件结构为：ITO/CuI/PbI2/C6o/Alq3/Al和ITO/CuI/PbI2/PTCDA/Alq3/Al,其中C60和PTCDA在结构中做的都是电子受体材料。之后我们对各层的厚度进行了优化,最终发现,当用C60作为电子受体材料时,器件的开路电压较高,这是由于C60的LUMO能级较高造成的,而由于C60对光的吸收较少,所以造成了较小的短路电流；当用PTCDA作为电子受体材料时,由于它的吸光系数大,使得器件的短路电流比较高,而开路电压比较小,是PTCDA的LUMO能级较低造成的,正好和C60结果相反。最后,对于结构为ITO/CuI/PbI2/C6o/Alq3/Al结构的有机／无机杂化太阳能电池,我们进行了进一步的优化。首先通过在PbI2和C60之间引入PbI2:C60混合层来提高激子的解离效率,并且控制它们的速度之比,优化出最佳掺杂比例的器件；其次对器件中的碘化铅进行加热处理,改变碘化铅薄膜的晶格结构,提高空穴的传输效率,改变了器件的性能,使得效率提高了大约40%。 【关键词】：倒置结构有机太阳能电池 有机/无机杂化太阳能电池 光电转换效率 磁控溅射
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 引言8
• 1.2 有机和无机太阳能电池的工作原理及其分类8-11
• 1.2.1 无机太阳能电池工作原理8
• 1.2.2 有机太阳能电池工作原理8-10
• 1.2.3 太阳能电池的分类10-11
• 1.3 太阳能电池的基本性能参数11-14
• 1.4 本论文的主要工作及其研究意义14-15
• 2 制备有机无机太阳能电池的实验材料和实验设备15-22
• 2.1 实验材料15-18
• 2.1.1 无机材料15-17
• 2.1.2 有机材料17-18
• 2.2 实验设备18-21
• 2.2.1 磁控溅射18-19
• 2.2.2 多源有机气相蒸发台19-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 氧化镓修饰倒置结构的有机太阳能电池22-29
• 3.1 引言22
• 3.2 基于氧化镓的倒置结构有机太阳能电池的制备22-24
• 3.3 实验结果与讨论24-28
• 3.3.1 优化缓冲层MoO_3厚度提高性能24-26
• 3.3.2 优化缓冲层氧化镓的厚度26-28
• 3.4 本章小结28-29
• 4 基于PbI_2的有机/无机杂化太阳能电池29-41
• 4.1 引言29-30
• 4.2 基于PbI_2的有机/无机杂化电池器件的制备30-31
• 4.3 基于结构为PbI_2/C_(60)和PbI_2/PTCDA性能分析31-39
• 4.3.1 CuI作为缓冲层改变PbI_2特性分析31-33
• 4.3.2 基于结构为PbI_2/PTCDA性能分析33-35
• 4.3.3 基于结构为PbI_2/C_(60)性能分析35-37
• 4.3.4 结构为PbI_2/PTCDA和PbI_2/C_(60)的有机/无机杂化电池的比较37-39
• 4.4 本章小结39-41
• 5 基于结构为PbI_2/C_(60)有机/无机杂化太阳能电池性能优化41-47
• 5.1 引言41
• 5.2 基于PbI_2/C_(60)有机/无机杂化太阳能电池的制备41-42
• 5.3 基于PbI_2/C_(60)有机/无机杂化太阳能电池优化分析42-46
• 5.3.1 引入掺杂层改变杂化电池性能42-44
• 5.3.2 改变PbI_2生长温度提高器件性能44-46
• 5.4 本章小结46-47
• 结论47-48
• 参考文献48-52
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况52-53
• 致谢53-54

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