界面修饰层对基于C60受体的有机光伏电池性能的影响

摘要

伴随着人类工业文明的不断发展，大量使用不可再生的化石能源如煤、石油、天然气等，不仅会导致全球能源供应危机的不断加剧，而且还会对环境造成严重的污染和破坏。因此太阳能光伏电池作为一种理想的清洁能源受到了越来越多的关注，而且取得了很大的进展。然而要使有机太阳能电池达到实用化，其能量转化效率和工作寿命亟待提高。在有机光伏器件中，除了给体和受体材料，界面修饰层对电池的性能也有直接影响。因此研发性能优良的阴极或阳极界面修饰层具有重要的意义，也是目前研究的热点问题。
　　本论文在基于CuPc/C60和SQ/C60的平面异质结型有机太阳能电池中，研究了不同的阴极界面修饰层和阳极界面修饰层对电池性能的影响。具体工作如下：
　　（1）制备以SQ/C60活性层为基础的参比电池，结构为：ITO/MoO3/SQ/C60/BCP/Al。以BCP为基础，围绕阴极界面修饰，设计了Bphen/BCP、TPBi/BCP和 Alq3/BCP三种复合阴极界面修饰层结构并将其引入到参比电池中。研究了保持BCP厚度不变条件下，改变Bphen、TPBi和Alq3的厚度对电池性能的影响。当Alq3/BCP复合阴极界面修饰层中Alq3厚度为3 nm时，电池的短路电流密度达到10.15 mA/cm2，获得的最高光电转换效率为3.09％，相较参比电池提高幅度分别为3.5%和9.6%。制备另一以CuPc/C60活性层为基础的参比电池，结构为：ITO/MoO3/CuPc/C60/BCP/Al。将三种复合阴极界面修饰层Bphen/BCP、TPBi/BCP和Alq3/BCP同样引入到参比电池中。使用Alq3厚度为3 nm的复合阴极界面修饰层时，电池的短路电流密度为8.98 mA/cm2，提高了101%，最高光电转换效率提高了69%，达到1.83%。因此厚度为3 nm的Alq3与BCP组成的复合阴极界面修饰层对电池性能的提升作用明显。为了进一步解释其机理，设计并制备了单电子载流器件ITO/Al/Alq3/BCP/Al。测试结果表明：加入Alq3/BCP复合阴极界面修饰层后在修饰层与电极间界面处可形成欧姆接触，从而增强了电池的电子提取能力。此外，上述对电池效率的提升作用还可能归因于：复合阴极界面修饰层的加入比单层BCP更好的抑制了激子在靠近电极一侧的淬灭。
　　（2）在 MoO3阳极缓冲层的基础上，设计了 MoO3/NPB、MoO3/TcTa和MoO3/Alq3三种复合阳极界面修饰层结构并将其应用到SQ/C60参比电池与 CuPc/C60参比电池中。保持 MoO3厚度不变，研究改变 NPB、TPBi与Alq3的厚度对电池性能产生的影响。在SQ/C60电池中，当加入厚度为3 nm的NPB时，电池的开路电压从0.62 V增大到0.66 V，光电转换效率达到2.80%，低于参比电池2.82%的光电转换效率。在CuPc/C60电池中，加入3 nmAlq3后，短路电流密度达到4.50 mA/cm2略高于参比电池，电池的光电转换效率基本不变。由此可见，虽然引入上述复合阳极界面修饰层后电池的光电转换效率没有得到明显提高，但是增大了电池的开路电压。因此，就以上研究的复合阳极修饰材料来看，需要继续开展针对性的研究来获得较单层MoO3更优的阳极界面修饰材料。

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第一章 绪论

1.1 太阳能光伏电池的发展历程

1.2 太阳能光伏电池的分类

1.3 有机太阳能电池的基本理论

1.4 有机太阳能电池的界面修饰

1.5 本论文的选题意义及研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验设备及材料

2.2 实验操作及工艺

2.3 相关测试及表征

2.4 本章小结

第三章 BCP复合阴极界面修饰层对基于C60受体的有机光伏电池性能的影响

3.1 引言

3.2 阴极界面修饰层对SQ/C60异质结电池性能的影响

3.3 阴极界面修饰层对CuPc/C60异质结电池性能的影响

3.4 本章小结

第四章 MoO3复合阳极界面修饰层对基于C60受体的有机光伏电池性能的影响

4.1 引言

4.2 阳极界面修饰层对SQ/C60异质结电池性能的影响

4.3 阳极界面修饰层对CuPc/C60异质结电池性能的影响

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 论文创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

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