在并五苯/富勒烯太阳能电池中证明单线态裂变

摘要

本研究主要通过比较器件的实验测量得到的EQE与利用激子分布和激子扩散几率计算得到的EQE证明并五苯-富勒烯电池中的单线态裂变，为了进一步印证该实验结果，我们还测量了器件光电响应随磁场的变化。本研究主要内容包括：
　　㈠通过比较器件的实验测量得到的EQE与利用激子分布和激子扩散几率计算得到的EQE证明并五苯-富勒烯电池中的单线态裂变。目前单线态裂变最有效的材料是并五苯。在本研究中，我们通过简单测量一个600纳米厚的并五苯器件的外量子效率(EQE)证明了在并五苯-富勒烯太阳能电池中单线态裂变，其器件结构为(ITO/(PEDOT∶PSS)(40 nm)/pentacene(600 nm)/(C60)(40 nm)/(Alq3)(8 nm)/Al(100 nm))。测量我们得到该器件在695 nm的地方的外量子效率为6.16％，计算得到的理论量子效率为3.45％。在计算过程中我们首先利用光学传输矩阵计算出并五苯内产生的单线态的激子数目f1(x)，然后用f1(x)乘以激子扩散到并五苯/富勒烯界面的几率f2(x)，如果假设到达并五苯/富勒烯界面的激子能100％完成拆分形成自由载流子，那么将这些激子全部积分就能得到器件的理论的外量子效率的值。为了排除并五苯自身的电离，我们还做了个并五苯的单层器件(ITO/(PEDOT∶PSS)(40 nm)/pentacene(600 nm)/(Alq3)(8 nm)/Al(100 nm))，测量得到该器件的在695 nm位置的外量子效率的值仅为0.1％。也就说，考虑并五苯自身的电离，在没有单线态裂变的情况下，器件能产生的理论上限的外量子效率也只有3.55％，远比我们实际测量得到的值小。只有当并五苯的扩散长度达到140 nm或者将计算得到的扩散到并五苯/富勒烯界面的单线态激子的数目乘以2才能使测量值与计算值相近，根据文献报道，并五苯的单线态激子的扩散长度不可能达到140 nm，所以只能是激子的数目变为原来的2倍，从而证明了在并五苯/富勒烯太阳电池中单线态裂变。为了进一步验证我们的实验结果，我们还做了不同厚度的并五苯器件，并五苯厚度为500 nm时，测量得到的外量子效率为9.95％，计算得到理论外量子效率的值为6.13％，与我们实验结果是相符的，实际上，通过多次实验，我们发现只要并五苯的厚度超过350 nm，该方法都是成立的。在本研究中我们发现在并五苯薄膜中薄膜相与体相两项共存，而且在并五苯薄膜的厚度发生变化之后，器件出现了一种自过滤现象，即在并五苯吸收较强的地方，外量子效率反而较小，反之，吸收较弱的地方响应较大。
　　㈡器件光电响应随磁场的变化证明单线态裂变。基于三线态激子在磁场条件下能级会发生分裂的事实，从而导致来源于三线态激子的光电流会随着外磁场的变化而变化，而来源于单线态激子的光电流则不随外磁场变化，我们制备便测量了器件(ITO/PEDOT∶PS S/P3 HT/pentacene(40nm)/(C60)(40 nm)/(Alq3)(8 nm)/Al(100 nm))的光电响应随磁场的变化，发现器件的光电流随磁场有微小的变化，从而也进一步证明了并五苯/富勒烯太阳能电池中单线态裂变。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 有机太阳能电池的研究背景

1．2 有机太阳能电池的结构

1．2．1 单质结有机太阳能电池

1．2．2 平面异质结有机太阳能电池

1．2．3 本体异质结有机太阳能电池

1．2．4 染料敏化太阳能电池太阳能电池

1．3 有机太阳能电池的研究内容

1．3．1 新型功能材料的研究

1．3．2 电池结构的研究

1．3．3 界面修饰的研究

1．3．4 有机太阳能电池机理的研究

1．3．5 多激子效应的研究

1．4 本研究课题的创新点

第2章 单线态裂变有机太阳能电池的制备与表征

2．1 单线态与三线态

2．2 单线态裂变有机太阳能电池

2．2 单线态裂变太阳能电池的工作原理

2．3 单线态裂变有机太阳能电池的制备

2．3．1 ITO的清洗

2．3．2 氧等离子处理

2．3．3 旋涂仪旋涂阳极缓冲层

2．3．4 分子束外延生长活性层

2．4 单线态裂变有机太阳电池的表征手段

2．4．1 等效电路

2．4．2 电流电压

2．4．3 量子效率

2．4．4 紫外分光光度计

第3章 利用薄膜的厚度与光学常数计算器件的激子数目

3．1 Matlab简介

3．2 椭偏仪简介

3．3 利用光学传输矩阵计算器件中的激子数目

3．3．1 光学传输矩阵

3．3．2 利用光学传输矩阵计算器件中的激子数

第4章 通过比较EQE的实验值与理论值证明单线态裂变

4．1 引言

4．2 实验原理

4．3 实验过程

4．3．1 器件制备

4．3．2 器件电流电压

4．3．3 并五苯薄膜的光学性能

4．4 结果与讨论

4．5 结论

第5章 测量器件光电响应随磁场的变化证明单线态裂变

5．1 引言

5．2 实验原理

5．3 实验过程

5．4 结果与讨论

5．4．1 器件的I-V曲线

5．4．2 器件的外量子效率随外磁场的变化

5．5 结论

第6章 结论与展望

附录

攻读硕士学位期间的科研情况

参考文献

致谢