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基于新型光电聚合物的光伏性能研究及器件制备

王斌  
【摘要】: 随着现代工业的发展,能源危机和大气污染问题日益严重。利用光伏原理制作的光伏电池作为理想清洁能源受到越来越多的重视。在这之中,有机/聚合物光伏电池正得到越来越多的关注和研究。与传统的无机光伏电池相比,有机/聚合物光伏电池具有大的p共轭体系,宽的p—p~*能带隙,成本低、质量轻等优点。但是,仍然存在一些缺点,如有机/聚合物光伏器件的物理机制、原理尚未成熟,器件效率较低、寿命短、不稳定等,因此,有机光伏电池目前还处在实验室研究阶段。 本论文研究了两种新型有机/聚合物聚1,4二(1-氰基)乙烯基撑苯撑,3,7-N-辛基-吩噻嗪撑(PQP)和聚1,4二乙烯基撑苯撑3,7-N-辛基-吩噻嗪撑(PQB)的光伏性能。主要针对PQB系列光伏器件进行研究。研究发现,ITO/PQB/Al和ITO/PQB/CuPc/Al器件在白光LED照射下表现有出光伏响应,开路电压分别为0.37V和0.48 V,短路电流分别为0.024 mA/cm~2和0.25 mA/cm~2。开路电压的提高表明双层器件中,开路电压不仅与两电极功函数之差有关,还受施主和受主材料能级结构的影响。短路电流的增加表明了双层器件中有效的电荷传输过程。通过比较器件在紫外可见区域的光电流谱和吸收光谱可知,激子能够在双层器件中更有效地解离并传输到达两电极形成光电流。 PQB-CuPc正反结构双层器件性能比较中,与CuPc/PQB反向结构相比,PQB/CuPc正向结构获得了更好的曲线形状。PQB/CuPc正向结构器件的短路电流为0.065 mA/cm~2,填充因子达到0.3,短路电流和填充因子均高于反向结构。在PQB-Alq_3的正反结构研究中得到了类似的变化趋势。此结果表明,PQB做施主、小分子材料CuPc、Alq_3做受主,是有利于激子解离后载流子的传输的。两种结构V_(oc)极性相同可能是由于器件内部其他界面附近还存在激子分离有关。不同的短路电流可能是由材料对电子和空穴的传输能力不同导致的。 此外,将PEDOT-PSS和LiF层引入到ITO/PQB/CuPc/Al中分别作为阳极和阴极的修饰层。由于PEDOT-PSS的功函数(5.1 eV)高于ITO的功函数,所以有利于空穴朝ITO的注入和收集,并且可以光滑ITO表面,减小漏电,提高短路电流,使器件的并联电阻有所提高;LiF可以在有机层和Al电极层之间形成一个与内建电势同向的偶极层,相当于降低了阴极的功函数,提高器件的内建电势和开路电压。 最后,实验进一步测试了在不同光强下PQB/CuPc系列器件光伏特性参数的变化情况,初步分析了光强对器件光伏性能的影响。


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