基于混合ZnPc和C60 为光电转换层的有机小分子太阳能电池

摘要

自 1986 年 C. W. Tang 首次报道了基于电子给体和受体异质结结构的有机 太阳能电池以来，围绕提高有机太阳能电池的光电转换效率，开展了大量的工作，并在过去的几年中取得了大量的成果。利用有机小分子和高分子聚合物为光电转换材料的太阳能电池的光电转换效率在不断地提高。我们研制了一种基于混合 ZnPc 和 C60 有机小分子太阳能电池，其光电转换效率可达 2.4％. 这种有机太阳能电池采用混 合的 p-i-n 异质结结构。光电转换由 ZnPc 和 C60 异质结混合成膜完成，电子和空穴分 别通过 n 掺杂和 p 掺杂的宽带有机层传输向阴极和阳极。不同掺杂的电子或空穴传输层由精确控制两种有机小 分 子 的 蒸 镀 速 率 来 实 现 。 其 中 空 穴 传 输 层 采 用N,N,N',N'-Tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine(MeO-TPD)为 基 底 材 料 和Tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane(F4-TCNQ)为掺杂材料；电子传输层采用 C60 为基底材料，而掺杂材 料为 Leuco Crystal violet (LCV)。和未掺杂的有机薄膜相比，掺杂的宽带有机 传输层导电率提高了 3－4 个数量级，并且它们几乎不吸收太阳光。本文通过改变 光电转换层和电子传输层的厚度，优化器件的结构。实验结果显示，电子传输层的厚度直接影响太阳能电池的转换效率，这与薄膜光学的预期结果相符；当增大光电转换层的厚度，不仅增加了光吸收，同时电子空穴的复合率也随之增加，因此，器件的填充因子降低。