复合阴极缓冲层提高CuPc/C60有机小分子太阳能电池性能的研究

摘要

近些年，太阳能电池凭借资源丰富、环保、可再生等优点，得到了迅速发展，已成为解决化石能源危机的一个重要手段。有机太阳能电池与无机太阳能电池相比，成本低、可柔性制备、工艺简单，在未来的社会生活中拥有无限的发展潜能，成为国内外研究的热点。近十年来，有机太阳能电池能量转化效率不断提高，但是与大规模产业化的要求仍有一定距离。同时，有机材料稳定性差也是制约有机太阳能电池应用的一个瓶颈。提高有机太阳能电池性能的主要途径有新材料的研发和器件结构的优化。由于有机材料与无机金属电极接触时产生能级匹配、界面缺陷，人们一般在受体材料与金属电极之间引入阴极缓冲层，作为优化器件性能的一种常用方法。不同阴极缓冲层可以实现改善接触界面，防止水氧渗透，提高载流子传输、调节光场分布等某方面的功能。但是材料性质的局限，单一阴极缓冲层通常对器件性能提高的作用有限甚至在某些方面产生负面影响。为了最大程度优化器件的接触界面，实现阴极缓冲层功能的最大化，进一步提高器件的性能，本文结合不同缓冲层材料的性质，引入复合阴极缓冲层，主要从光学、电学两个方面来提高器件性能。具体工作如下:
　　1、利用Alq3性质比较稳定，Alq3中掺入CsF有利于电子传输的特点，将CsF掺入Alq3作为阴极缓冲层。当掺杂浓度为4％，厚度为5nm时，器件效率达到为0.76％，与Alq3阴极缓冲层器件效率相比，提高为49％。同时，Alq3∶CsF保持了Alq3所具有的稳定性，与未加阴极缓冲层的器件相比，半衰期提高了6倍，达到9.8小时。
　　2、利用BCP阻挡激子和有利于电子传输的性质，在Alq3∶CsF后增加一层BCP，进一步提高电池效率。选择Alq3∶CsF掺杂浓度为4％，厚度为5nm，BCP厚度为5nm时，器件效率达到最大为0.80％，在Alq3∶CsF器件的基础之上，效率又提高了5.3％。
　　3、为了调节光场分布，增加电池活性层的光吸收，将CsF掺入C60作为阴极缓冲层。当掺杂浓度为3％、厚度为20nm时，器件效率达到0.55％。相比于参考器件的效率，提高了34％。
　　4、在C60∶CsF与金属电极之间再增加激子阻挡层BCP，进一步提高器件效率。在保证阴极缓冲层整体厚度为20nm的基础之上，调节C60∶CsF/BCP厚度的比例，当C60∶CsF(3％)、BCP厚度分别为8nm、12nm时，器件的效率提高了28％，达到0.68％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 太阳能电池概述

1．1．1 有机太阳能电池的结构及原理

1．1．2 有机太阳能电池性能的主要参数

1．2 阴极缓冲层对有机太阳能电池的影响

1．2．1 阴极缓冲层在有机太阳能电池中的应用及发展

1．2．2 阴极缓冲层常的用材料及其性质

1．2．3 阴极缓冲层对器件效率和稳定性的影响

1．3 本文的研究内容、研究路线及研究意义

第二章 CuPc／C60太阳能电池的制备及测试

2．1 实验材料及仪器

2．2 器件的制备

2．2．1 ITO基片的预处理

2．2．2 蒸镀工艺

2．2．3 掺杂工艺

2．3 器件及相关薄膜的测试

2．4 本章小结

第三章 (Alq3：CsF)／BCP复合阴极缓冲层提高CuPc／C60太阳能电池性能的研究

3．1 BCP、Alq3阴极缓冲层对CuPc／C60器件性能的影响

3．2 Alq3：CsF阴极缓冲层对CuPc／C60器件性能的影响

3．2．1 Alq3：CsF阴极缓冲层对CuPc／C60器件效率的影响

3．2．2 Alq3：CsF阴极缓冲层对CuPc／C60器件稳定性的影响

3．3 Alq3：CsF／BCP复合阴极缓冲层对CuPc／C60器件性能的影响

3．4 本章小结

第四章 C60：CsF／BCP复合阴极缓冲层提高CuPc／C60太阳能电池性能的研究

4．1 C60：CsF阴极缓冲层对器件性能的影响

4．2 (C60：CsF)／BCP复合阴极缓冲层对器件性能的影响

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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