ATO透明導(dǎo)電薄膜的性能及其在有機太陽電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、近些年來,有機太陽電池(OSCs)由于制造簡單、成本低、柔韌性、易于大規(guī)模生產(chǎn)等特點而被認(rèn)為是最有性價比的新一代太陽電池,因而也引起世界各國的廣泛關(guān)注。為了能夠盡快實現(xiàn)有機太陽電池的商業(yè)化,進(jìn)一步的降低其制造成本和提高光電轉(zhuǎn)換效率是當(dāng)前工作的重中之重,也是有機太陽電池領(lǐng)域當(dāng)前國際研究的熱點。目前基本上所有的有機太陽電池所使用的透明電極都是ITO透明導(dǎo)電氧化物薄膜,但其價格昂貴且在強酸環(huán)境下化學(xué)穩(wěn)定性差,因此人們一直在研究性能更加優(yōu)良的透

2、明導(dǎo)電薄膜以取代 ITO薄膜用來作為有機太陽電池的透明電極。相比 ITO薄膜而言,Sb摻雜的SnO2(ATO)透明導(dǎo)電薄膜具有價格低廉,良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點,在有機太陽電池上有更好的應(yīng)用前景。因此,對 ATO透明導(dǎo)電薄膜的相關(guān)研究非常有意義。在本文中,我們對ATO薄膜的性能及其在有機太陽電池中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。
　　1.利用射頻磁控濺射的方法在玻璃襯底上制備了不同厚度和不同氧氬比的ATO薄膜,利用X射線衍射、霍爾效應(yīng)、

3、四探針、X射線光電子能譜、透射譜等表征手段對制備的樣品進(jìn)行表征,研究了厚度和氬氣氧氣比例對 ATO薄膜的光電性能的影響。實驗結(jié)果表明,隨著氧氬比的增加,ATO薄膜中部分Sb離子的價態(tài)從Sb3+變?yōu)镾b5+,從而使薄膜的導(dǎo)電性能變好。最佳的制備工藝參數(shù)為:襯底溫度600°C,氧氣分壓0.5 Pa,氬氣分壓20 Pa,濺射時間15 min。在此條件下制得的薄膜的電阻率最低,為1.99×10-3Ω·cm,相對應(yīng)的載流子濃度和霍爾遷移率分別為3

4、.0×1020 cm-3和21.61 cm2V-1s-1。所有制備的薄膜在可見光區(qū)的平均透過率均大于85％,此性能適用做有機太陽電池的透明電極。然后我們又在導(dǎo)電性能最好的ATO導(dǎo)電薄膜上制備了有機太陽電池,并對器件進(jìn)行光電性能測試得到:開路電壓(Voc)為0.4 V,短路電流密度(Jsc)為3 mA/cm2,填充因子(FF)為22%,光電轉(zhuǎn)換效率為1.12%。
　　2.利用射頻磁控濺射的方法在有著 ITO薄膜的玻璃襯底上制備了厚度

5、為5~15 nm的ATO薄膜,并利用X射線衍射,透射譜,場發(fā)射掃描電子顯微鏡等表征手段對濺射得到的ATO/ITO雙層薄膜進(jìn)行了表征。結(jié)果證明,ATO/ITO雙層薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性要優(yōu)于ITO薄膜,而且其光學(xué)特性和導(dǎo)電性基本不變。然后又在雙層薄膜上制備了結(jié)構(gòu)為ITO/ATO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al的有機太陽電池器件,同時制備了沒有ATO薄膜層的器件以作對比。對不同厚度的ATO薄膜對器件光電轉(zhuǎn)換性能的影響的研究表明:AT