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《江南大学》 2010年
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提高有机太阳电池中空穴输出效率方法的研究

孟庆蕾  
【摘要】: 本论文将探讨基于酞菁铜/碳60/LiF的有机太阳电池空穴输出效率的提高。研究影响器件空穴输出效率的因素,如阳极的处理条件、阳极修饰层的选择等,并通过器件结构的优化和分析,器件层与层之间界面的修饰以及材料的改进,材料的光学、电学特性、能带结构、器件的电学特性,衰减特性等研究找到有效提高器件空穴输出效率的途径。 首先是从阳极处理入手研究空穴输出效率。对ITO进行表面处理改变ITO参数(功函数、载流子浓度、电阻、表面粗糙度),这很大程度上影响了太阳能电池的性能。主要进行了酸处理、碱处理、以及紫外臭氧处理三种ITO处理方法制成电池并进行电池性能的比较。结果表明ITO表面经过酸处理或者紫外臭氧处理制造的ITO/CuPc/C60/LiF/ Al太阳能电池能量转换效率比ITO表面没有处理过的制成的有机太阳能电池能量转换效率有明显升高。 为了提高有机太阳电池空穴输出效率,本论文还采用阳极修饰法构建了基于酞菁铜(CuPc)和碳60(C60)的有机小分子太阳电池,分别研究了酞菁锌(ZnPc)、聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)和PEDOT:PSS/ZnPc作为阳极修饰层对该有机太阳电池输出性能的影响,并对三种修饰层的相关机理进行了探讨。结果表明:加入ZnPc修饰层的电池开路电压(Voc)增大,从0.372提高到0.479V。旋涂PEDOT:PSS的电池短路电流(Jsc)提高,由1.943提高到3.752 mA/ cm~2。而以PEDOT:PSS/ZnPc作为阳极修饰的电池Voc和Jsc都均有较大的提高,Voc从0.372提高到0.482V,Jsc从1.943提高到3.810mA/ cm2,其转换效率可提高两倍以上。分析认为,ZnPc更有利于阳极空穴的输出以及PEDOT:PSS能有效改善ITO表面的平整度的性质是提高太阳电池性能的主要原因。 虽然电极缓冲层可以提高有机电池的性能,但它有时会降低电池的稳定性。如PEDOT:PSS层。PEDOT:PSS有很强的从周围环境中吸收水蒸气的能力。而且,PSS很容易扩散到别的层中。所以只有PEDOT:PSS层的电池性能衰减很快。当使用PEDOT:PSS/ZnPc系统时,ZnPc层将抑制水到PEDOT:PSS层的扩散速度,并且减少PSS渗透到其他层中。此外,由PEDOT:PSS/ZnPc/CuPc体系形成双内建电场可以有效阻止湿PEDOT:PSS层中的H+渗透进有源层。由于这些因素,用于PEDOT:PSS/ZnPc阳极缓冲层系统的电池的稳定性能最高。 总之, PEDOT:PSS/ZnPc阳极缓冲层系统结合利用单个ZnPc阳极缓冲层和单个PEDOT:PSS缓冲层的优点,使电池性能得到很大的改善。同时,这个阳极缓冲层系统克服了只有单个缓冲层的电池在稳定性上的缺点。另外,本论文还推导了光波电矢量的传输矩阵。通过光学传输矩阵的方法,我们分析了CuPc/C60/LiF电池内部的光强分布,并画出了结构为:ITO(220nm) /LiF(1nm) /CuPc(20nm)/C_(60)(40nm)/Al(100nm)电池和ITO(220nm) /PEDOT:PSS (20nm)/CuPc(20nm)/C_(60)(40nm)/Al(100nm)电池内部632.8nm光波的光强分布图。与CuPc/C60/LiF电池内部光强分布比较,曲线只有很小差异,并不会对器件性能产生很大的影响。因此无论是ZnPc层还是PEDOT:PSS层都没有从吸收光能量的角度对电池的性能造成影响。
【学位授予单位】:江南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM914.4

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