聚合物/无机材料复合结构光伏特性的研究

摘要

本文研究了聚合物/无机材料复合体系的光伏特性，制备并研究了两类复合器件：聚合物-无机半导体分层复合结构与聚合物无机材料掺杂结构。在掺杂结构中，着重研究了聚合物-富勒烯掺杂结构和聚合物-无机纳米半导体掺杂结构。 1 采用聚乙烯咔唑PVK和无机半导体ZnS制备聚合物-无机半导体分层复合紫外光探测器件ITO/PEDOT：PSS/PVK/ZnS/Al。该器件显示出较高的开路电压1.65V，在光强为14mW/cm<'2>的340nm单色光激发下，器件的短路电流为46.8μA/cm<'2>。器件效率随无机半导体ZnS层的厚度变化会产生较明显的不同，当ZnS层厚度为50nm时，器件的效率达到最佳。 2制备MEH-PPV：C60掺杂薄膜光伏器件，并研究了该掺杂体系的光伏特性。 3采用MEH-PPV和CuS纳米颗粒混合制备聚合物-纳米材料复合薄膜光伏器件。在最佳MEH-PPV与CuS纳米颗粒的掺杂比例1：2.5(重量比)下，光强为16.7mW/cm<'2>的波长为500nm的单色光激发下，器件的开路电压为0.83V，短路电流为17μA/cm<'2>，反向1V电压下，光增益为132。 4此外，本文的一个创新点在于提出了平面型聚合物薄膜光伏器件的结构，以此来研究聚合物光伏器件的一些基本物理问题。本论文着重研究了有机光伏器件的开路电压。研究证实，聚合物光伏器件的开路电压来自于器件两侧电极的功函数差，这个功函数差在聚合物薄膜内部产生电场，形成器件的开路电压。但是，当光激发是不均匀的时候，Dember效应会产生很小的光电压，对器件的开路电压产生影响。该结构一方面克服了夹层结构固有的非对称性，更有利于机理的分析研究；另一方面，借助此结构两电极间直观的较大的距离，可以对器件进行部分照射，使器件更加细致化，对澄清一些遗留的物理问题或提出一些新问题很有价值。

目录

文摘

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声明

致谢

序

1 引言

1.1有机光伏器件的发展简史

1.2有机光伏的光物理特性

1.2.1有机光伏器件的操作原理

1.2.2有机光伏器件的光伏特性

1.3有机光伏材料

1.3.1有机光伏材料的能带结构

1.3.2有机光伏材料的传输和迁移率

1.3.3有机光伏材料的选择标准

1.4有机光伏器件的种类

1.5有机光伏待解决的几个问题

2 聚合物/无机半导体ZnS分层复合结构光伏特性的研究

2.1聚合物/无机半导体ZnS分层复合器件的制备与测量

2.2聚合物/无机半导体ZnS分层复合器件的光伏特性与载流子的传输

2.3本章小结

3 富勒烯掺杂聚合物光伏特性的研究

3.1富勒烯掺杂聚合物的电流—电压特性的浓度依赖关系

3.2 LiF层对富勒烯掺杂聚合物光伏特性的影响

3.3电场极化对富勒烯掺杂聚合物光伏特性的影响

3.4热退火对富勒烯掺杂聚合物光伏特性的影响

3.5富勒烯掺杂聚合物体系中激发态的研究

3.6本章小结

4 CuS纳米颗粒掺杂聚合物的光伏特性与载流子传输

4.1水醇溶液法制备纳米颗粒CuS

4.2纳米CuS掺杂聚合物薄膜器件的光伏特性和载流子的传输

4.3本章小结

5 利用平面型结构研究聚合物光伏器件的开路电压

5.1平面型聚合物光伏器件的制备与测量

5.2利用平面结构研究聚合物光伏器件的开路电压

5.3本章小结

6 结论

参考文献

作者简历