有机小分子太阳能电池的界面研究

【摘要】：我们选用了小分子体系来研究了有机太阳能电池界面发生的基本物理过程以及界面对其性能的影响，主要进行了以下几方面的研究： 1．受体材料和阴极之间插入缓冲层对有机小分子太阳能电池的性能的影响 我们通过引入新的Alq_3缓冲层来替代以前被广泛使用的BCP缓冲层，将未封装的有机太阳能电池的寿命提高了约150倍，而且能量转换效率还有所改善。对于这层Alq_3缓冲层的作用，我们提出了与以往不同的观点，即该缓冲层可能不主要是激子阻挡的作用，而是在沉积金属阴极的时候阻挡金属原子向受体材料的扩散，在器件取出真空腔体后阻挡水、氧向受体材料的扩散。这样的观点很好地解释了我们的实验结果，而且其它一些辅助实验也进一步证实了我们自己的观点。 2．理论和实验的对比研究来考察干涉效应在有机多层膜结构中的影响 有机太阳能电池是一种具有多层膜结构的光电转换器件。在薄膜多层器件中，干涉效应是必须考虑的。光在有机多层膜中的重新分布直接影响光在有机材料中的吸收和激子的产生，最终影响到可获得的自由载流子的量。我们采用传输矩阵的计算方法计算了考虑干涉效应后的多层膜的紫外-可见吸收光谱，与实验得到的测量结果相对比，获得了很好的一致性，而与认为光是指数衰减的计算结果的差异很大。这样我们就比较直接地证明了光的干涉作用在有机多层膜中确实存在。进一步的计算结果表明，适当的膜厚度的选择和结构的选择能够使光在激子拆分的界面附近的吸收发生数倍的变化。 3．采用瞬态光电压技术研究有机太阳能电池中激子的拆分过程。 我们采用瞬态光电压的办法来测量了在两个电极上产生的光电压随时间的变化关系，得到了极性发生转变的瞬态光电压。利用激子在金属＼有机界面的拆分效应和载流子在内建电场的作用下被分离的共同作用，我们很好地解释了实验所观测到的现象。我们从实验上证实了激子在界面被有效拆分的物理过程的存在并对界面拆分激子对测量结果的影响进行了估计，并据此提出了在设计高效有机太阳能电池中应该注意的原则。 【关键词】：有机半导体 太阳能电池 瞬态光电压 能量转换效率 寿命 紫外-可见吸收光谱 界面 缓冲层 激子
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 指导小组成员名单2-3
• 目录3-5
• 中文摘要5-6
• Abstract6-8
• 符号和缩写表示8-9
• 图索引9-11
• 第一章 前言11-16
• §1.1 研究背景11-12
• §1.2 研究内容12-14
• §1.3 论文提纲14-15
• 参考文献15-16
• 第二章 有机小分子太阳能电池的研究现状16-27
• §2.1 太阳能电池的种类和研究现状16-19
• §2.2 有机太阳能电池的工作原理19-21
• §2.3 有机太阳能电池的表征21-24
• 参考文献24-27
• 第三章 实验设备与实验技术27-36
• §3.1 高真空热蒸发系统27-28
• §3.2 I-V测量系统28
• §3.3 模拟太阳光系统28-29
• §3.4 紫外-可见光吸收谱仪系统29-30
• §3.5 纳秒瞬态光电压测量系统30
• §3.6 有机太阳能电池和器件的制备30-34
• §3.7 太阳能电池转换效率的测量34
• §3.8 紫外-可见光吸收谱的测量34
• §3.9 瞬态光电压的测量34-35
• 参考文献35-36
• 第四章 阴极缓冲层对有机太阳能电池的作用36-46
• §4.1 研究背景36
• §4.2 Alq_3缓冲层对有机太阳能电池的寿命和效率的影响36-40
• §4.3 阴极缓冲层在有机太阳能电池中的作用40-44
• §4.4 本章小结44-45
• 参考文献45-46
• 第五章 有机太阳能电池中的光场分布46-58
• §5.1 研究背景46
• §5.2 在有机太阳能电池中光强的分布对能量转换效率的影响46-47
• §5.3 由传输矩阵的计算得到多层膜的紫外-可见吸收光谱47-50
• §5.4 实验方法与结果50-56
• §5.5 本章小结56-57
• 参考文献57-58
• 第六章 用瞬态光电压技术来研究激子在界面的拆分现象58-69
• §6.1 研究背景58
• §6.2 激子在有机\金属界面的拆分58-67
• §6.3 本章小结67-68
• 参考文献68-69
• 第七章 结论和展望69-70
• 第八章 附录70-80
• 附录一 计算紫外-可见吸收光谱的计算程序代码70-73
• 附录二 晶体振荡监测生长薄膜厚度的原理73-74
• 附录三 阳极氧化二氧化钛染料敏化太阳能电池的研究74-80
• 发表的文章列表80-82
• 致谢82-83

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