有機(jī)太陽(yáng)能電池界面過(guò)程的研究.pdf

1、有機(jī)太陽(yáng)能電池由于成本低、輕薄柔軟、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，成為目前研究的熱點(diǎn)。對(duì)界面過(guò)程的研究有利于提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。如何通過(guò)界面修飾和分析界面過(guò)程提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，成為研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。本論文從有機(jī)太陽(yáng)能電池陽(yáng)極與功能層界面的研究、界面電子和激子相互作用、界面激子復(fù)合過(guò)程以及對(duì)電極與電解液界面的研究等四個(gè)方面出發(fā)，討論了有機(jī)太陽(yáng)能電池的界面過(guò)程。本論文主要分為以下幾部分:
　　第一章綜述簡(jiǎn)要概述了太陽(yáng)

2、能電池研究背景和意義、太陽(yáng)能電池的分類(lèi)。詳細(xì)介紹了有機(jī)太陽(yáng)能電池研究現(xiàn)狀，主要從有機(jī)太陽(yáng)能電池的材料選擇、結(jié)構(gòu)的研究、緩沖層三個(gè)方面進(jìn)行了論述。指出了目前有機(jī)太陽(yáng)能電池界面過(guò)程產(chǎn)生光電流的研究所面臨的挑戰(zhàn)，最后介紹了本論文的提綱以及研究目的和創(chuàng)新之處。
　　第二章有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備以及測(cè)量本章主要介紹了本實(shí)驗(yàn)室有機(jī)太陽(yáng)能電池的制備過(guò)程以及主要的測(cè)量手段。在制備有機(jī)太陽(yáng)能電池之前需對(duì)基片進(jìn)行清洗及前期處理。器件生長(zhǎng)過(guò)程中是在高真空

3、制樣系統(tǒng)中采用分子束外延進(jìn)行的。有機(jī)太陽(yáng)能電池的光電性能參數(shù)主要用Keithley2400和太陽(yáng)光模擬器來(lái)測(cè)量電壓-電流曲線(xiàn)，通過(guò)單色儀系統(tǒng)來(lái)測(cè)量外量子效率，通過(guò)納秒激光器來(lái)測(cè)量瞬態(tài)的光電壓和光電流，有機(jī)材料的吸收譜是利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)測(cè)量得到的。
　　第三章有機(jī)太陽(yáng)能電池陽(yáng)極和功能層界面的研究我們?cè)诟哒婵諚l件下制備結(jié)構(gòu)為ITO/NPB/C60/Alq3/Al的單層有機(jī)太陽(yáng)能電池。ITO與C60直接接觸時(shí)，C60中的電子和空

4、穴會(huì)退激發(fā)到ITO導(dǎo)帶，會(huì)導(dǎo)致界面復(fù)合，不利于界面激子拆分。當(dāng)在ITO與C60之間加入NPB后，C60中的電子無(wú)法越過(guò)NPB的最低未占有軌道（勢(shì)壘）。因此在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，電子會(huì)被鋁電極收集，而空穴會(huì)有效地被ITO電極收集。我們首次報(bào)道了加入NPB后能有效的抑制界面激子的復(fù)合，從而增加了界面激子拆分效率，使得單層有機(jī)太能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提高到了0.414％。
　　第四章給體/受體界面電子和激子相互作用產(chǎn)生光電流的研究有機(jī)太陽(yáng)能

5、電池中界面激子拆分可以產(chǎn)生光電流，因此在有機(jī)太陽(yáng)能電池中界面激子和自由載流子是共存的。傳統(tǒng)有機(jī)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)是:ITO/CuPc/C60/Alq3/Al，一般認(rèn)為其光電流產(chǎn)生來(lái)源于界面激子拆分。然而我們發(fā)現(xiàn)了界面電子和激子的相互作用也可以產(chǎn)生光電流。我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc/C60/MoO3/Al的有機(jī)太陽(yáng)能電池的器件，通過(guò)對(duì)能級(jí)圖的分析得出到達(dá)CuPc和C60的界面的電子與CuPc中的激子相互作用產(chǎn)生了光電流。當(dāng)加入5

6、50納米的長(zhǎng)波通濾光片之后，與傳統(tǒng)的器件相比其電流幾乎為0，說(shuō)明了存在著位移電流，而位移電流的產(chǎn)生來(lái)源于CuPc和C60界面激子的拆分。通過(guò)分析I-V曲線(xiàn)，瞬態(tài)電壓和EQE等得到了ITO/CuP c/C60/MoO3/Al器件光電流的產(chǎn)生不同于傳統(tǒng)有機(jī)電池的結(jié)論，它的光電流來(lái)源于電子-激子的相互作用。我們首次在有機(jī)太陽(yáng)能電池中發(fā)現(xiàn)了電子-激子的相互作用可以產(chǎn)生光電流。
　　第五章在N-N型有機(jī)太陽(yáng)能電池中界面激子復(fù)合的研究通常認(rèn)為

7、在有機(jī)太陽(yáng)能電池中界面激子拆分是有利的，而界面激子復(fù)合對(duì)光電轉(zhuǎn)化效率的提高是不利的。因此有效調(diào)控界面激子的拆分和復(fù)合對(duì)提高有機(jī)太陽(yáng)能電池的效率起到關(guān)鍵作用。我們制備了結(jié)構(gòu)為ITO/F16ZnPc/C60/Alq3/MoO3/Al的有機(jī)太陽(yáng)能電池，通過(guò)改變內(nèi)建電場(chǎng)的方向，有效調(diào)控了界面激子的拆分和復(fù)合。通過(guò)光照強(qiáng)度與電功率的線(xiàn)性關(guān)系驗(yàn)證了激子在F16ZnPc/C60界面存在激子的復(fù)合作用，而且激子的復(fù)合也可以產(chǎn)生光電流。說(shuō)明在有機(jī)太陽(yáng)能電

8、池中激子的拆分和復(fù)合是同時(shí)存在的。我們發(fā)現(xiàn)了在由兩種N型材料(F16ZnPc和C60)構(gòu)成的有機(jī)太陽(yáng)能電池中，可以通過(guò)內(nèi)建電場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)激子的拆分和復(fù)合幾率。
　　第六章石墨烯量子點(diǎn)摻雜聚吡咯對(duì)在電解液界面處催化性能提高的研究我們通過(guò)電化學(xué)沉積制備了石墨烯量子點(diǎn)摻雜聚吡咯并用作染料敏化太陽(yáng)能電池的對(duì)電極。通過(guò)分析SEM圖可以看出石墨烯量子點(diǎn)摻雜聚吡咯有多孔結(jié)構(gòu)，與未摻雜樣品相比其催化面積大大增加。通過(guò)分析循環(huán)伏安法和阻抗曲線(xiàn)得出在對(duì)電