PIN型有机太阳能电池I区的研究

摘要

有机太阳能电池的优点为使用的有机材料便宜易合成、制备工艺简单、制备成本低廉。目前有机太阳能电池的研究方向分为新型有机小分子材料和新型结构。
　　本文以PIN型有机小分子太阳能电池作为研究对象,了解有机太阳能电池的发展,掌握电池的工作原理,其中活性层I层是影响电池激子活动的主要因素,也是电池转换效率的关键。研究I层的主体材料CriPc:C60相对质量改变的梯度变化对电池性能的影响;并对I层的阶梯结构中掺入不同的有机材料(并血苯Pentacene和红荧烯Rubrene),及对比掺入比例对有机太阳能电池性能的影响。
　　以ITO(100nm)/CuPc(30nm)/CriPc:C60(20IIITl)/C60(40nm)/LiF(lnm)/A1(80nm)为结构的 PIN型有机小分子太阳能电池进行研究,设计I层CriPc:C60不同阶梯变化结构的电池,得到渐变梯度最大时的电池转换效率T1最高为0.125％,比无阶梯增加了52.4%;在电池I层最佳的CriPc:C60渐变梯度的结构下掺杂比例60%的Pentacene时电池性能最佳,Jsc为2.58mA/cm2,Voc为0.38V,FF为0.45,T1为0.294%.电池的转换效率大幅度提高:在I区渐变结构的电池中掺杂比例40%的Rubrene电池时电池性能最佳,Jsc为2.56mA/cm2, Voc为0.34V,Fr为0.46,T1为0.267%。综上所述,对于I层CuPc:C60阶梯结构下掺入比例为60%的Pentacene电池性能表现最优,各项性能均较高。
　　对PIN结构的I区CLiPc:C60阶梯结构的电池,能够增大活性层中的激子解离和提高载流子传输效率,并减少激予的复合,提高I区的转换效率;并在该结构下掺P型材料能够增加活性层的电荷迁移率,从而提高电池内产生的光生激子;掺入荧光材料与主体材料的对光吸收范围的不足互补,增强电池的光吸收效率。最终通过实验制备得到的最佳性能的掺入型结构电池ITO(lOOnm)/CuPc(30nm)/CuPc:C60:Pentacene(l:1:60%)(20rrrrl)/C60(40nm)/LiF(lnm)/A1(80nm)。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1有机太阳能电池的研究背景与意义

1.2有机材料太阳能电池的发展

1.3 有机太阳能电池的发展和研究现状

1.4论文综述

2 有机太阳能电池的原理

2.1有机材料的电子结构和相关理论

2.2有机太阳能电池的工作原理

2.3有机太阳能电池的结构

2.4本论文研究的电池结构和内容

2.5本章小结

3 有机太阳能电池的制备

3.1实验设备

3.2实验材料

3.3实验方案

3.4实验制备过程

3.5样品测试

3.6本章小结

4 实验结果和分析

4.1 I区采用CuPc:C60梯度渐变对电池效率的影响

4.2掺入有机材料电池

4.3掺入红荧烯的电池

4.4本章小结

5 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文