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原位喷雾热解制备AgSbS2薄膜及其光伏性能研究

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原位喷雾热解制备AgSbS2薄膜及其光伏性能研究

作者：唐明睿电子科技大学

学位级别：硕士

硫锑银(Ag Sb S)作为一种新型无机光伏材料,由于其具有合适的带隙、较大的吸收系数和环境友好性,被认为是一种很有前途的光伏吸收材料。近年来,Ag Sb S薄膜太阳能电池在制备工艺与器件结构的研究上取得了一定的成果,但因薄膜结晶度差、... 详细信息

硫锑银(Ag Sb S)作为一种新型无机光伏材料,由于其具有合适的带隙、较大的吸收系数和环境友好性,被认为是一种很有前途的光伏吸收材料。近年来,Ag Sb S薄膜太阳能电池在制备工艺与器件结构的研究上取得了一定的成果,但因薄膜结晶度差、能带结构排列不理想,器件的光伏性能远未达到预期。元素掺杂(包括元素添加与元素取代)与组分调节是改善材料性质、提高薄膜结晶度的常用方法,本工作使用原位喷雾热解法制备了薄膜,通过铟(In)掺杂与不同银/锑(Ag/Sb)的调节改善了材料性质、提高了薄膜结晶度。基于以上方法,本工作重点研究了薄膜的物相结构、形貌结构、能带结构以及器件的光伏性能。研究内容主要包括以下两个部分:(1)本工作通过在银-锑-硫(Ag-Sb-S)系统中添加In,然后进行硒化处理的方法提高了器件的光伏性能。通过优化In的含量,成功将Ag InSb S(Se)器件的光电转换效率从0.74%提高到1.98%,并且器件具有良好的稳定性。研究表明,In的加入有利于薄膜的成核过程,提高了薄膜的结晶度,改善了薄膜的形貌均匀性;此外,In的加入增大了薄膜的载流子浓度,增强了光吸收,提高了器件的短路电流密度。(2)本工作通过调节不同的Ag/Sb比率,进一步对In掺杂的薄膜进行了研究。通过优化Ag/Sb比率,器件的光电转换效率提高了3倍。研究表明,适当提高薄膜中的Sb含量可以减少薄膜中的杂质、改善薄膜的结晶度、增强光吸收、提高薄膜的载流子传输效率;同时,适当提高薄膜中的Sb含量可以减小吸收层和缓冲层之间的导带偏移、优化能带排列结构、减少界面处的载流子复合。综上所述,本工作采用原位喷雾热解法制备了薄膜,并通过In掺杂与不同Ag/Sb的调节有效提升了器件的性能,对Ag Sb S薄膜太阳能电池的进一步研究具有参考价值。

关键词：薄膜太阳能电池原位喷雾热解法 AgSbS2 AgInxSbS2(Se) 载流子复合

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石墨烯电极制备及其器件应用研究

石墨烯电极制备及其器件应用研究

作者：全盛电子科技大学

学位级别：硕士

石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道按蜂窝状晶格排列形成的二维单原子层结构晶体,石墨烯的独特结构以及众多优异性质使其在许多方面具有广阔的应用前景。本论文主要研究了化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜性能,先将石墨烯薄膜与光电子器件结... 详细信息

石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道按蜂窝状晶格排列形成的二维单原子层结构晶体,石墨烯的独特结构以及众多优异性质使其在许多方面具有广阔的应用前景。本论文主要研究了化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜性能,先将石墨烯薄膜与光电子器件结合制备了相关器件,再以场发射理论为基础,研究了石墨烯薄膜的场发射性能,并提出了提高场发射性能的方法。本论文主要工作分为以下三个部分:首先,利用化学气相沉积法制备了石墨烯薄膜,之后结合转移技术,将石墨烯薄膜应用到光电子器件(有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机太阳能电池)中。通过改变转移次数,控制石墨烯薄膜的厚度,研究了石墨烯薄膜厚度对光电子器件性能的影响。实验结果表明,石墨烯薄膜厚度对光电子器件性能的影响是较为明显的,这主要是由于随着石墨烯薄膜厚度的增加,石墨烯薄膜的面电阻与透过率随之发生变化,这些参数的调控对光电子器件性能有较为直接的影响。然后,从化学气相沉积法的制备工艺参数出发,研究了制备工艺参数对石墨烯薄膜场发射性能的影响。实验结果表明沉积时间对于场发射性能的影响较为明显,沉积时间为5 min的石墨烯表现出最优异的场发射性能,其开启电场为9.8V/?m,阈值电场为13 V/?m。其原因在于沉积时间不充足无法生长成连续的石墨烯薄膜,制备的样品包含许多“石墨烯岛”边缘发射区域,即场发射点的增加导致了场发射性能的提高。最后,介绍了提高石墨烯薄膜场发射性能的方法。一是通过对石墨烯薄膜的铜箔衬底进行激光刻蚀处理,提高了其场发射性能。利用激光对铜箔表面以扫描的方式进行刻蚀处理,之后在此铜箔上生长石墨烯薄膜。通过这种方法制备的石墨烯薄膜场发射性能得到了一定的提高,沉积时间5 min的石墨烯薄膜开启电场从9.8 V/?m减小到8.8 V/?m,阈值电场从13 V/?m减小到12.2 V/?m,场增强因子也从原来的640增加到了1757。二是改变场发射方式,即研究了石墨烯薄膜的边缘场发射性能测试。利用铜箔衬底柔性特点,将制备的石墨烯卷曲成圆柱体形状,并对其进行了场发射测试。测试结果发现其场发射性能得到了较大的提高,其开启电场和阈值电场分别为3.4 V/?m和5.8 V/?m,场增强因子高达5068,最大场发射电流密度也提高了一个数量级。综上所述,本工作将CVD方法制备的石墨烯作为电极,对其应用于多种光电子器件并对其光电或电学特性进行了研究,为后续高性能器件的研制打下了基础。

关键词：石墨烯化学气相沉积法场致发射激光刻蚀石墨烯卷曲柱

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C60基有机薄膜晶体管性能改善的研究

C60基有机薄膜晶体管性能改善的研究

作者：蔡欣洋电子科技大学

学位级别：硕士

有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor, OTFT)因为其低成本、重量轻、机械柔性的优点，在射频识别标签、传感器以及主动平板显示等领域具有应用潜力，受到了人们的极大关注。本文选用富勒烯(C)为有源层材料制备N型有机薄膜晶体... 详细信息

有机薄膜晶体管(Organic Thin Film Transistor, OTFT)因为其低成本、重量轻、机械柔性的优点，在射频识别标签、传感器以及主动平板显示等领域具有应用潜力，受到了人们的极大关注。本文选用富勒烯(C)为有源层材料制备N型有机薄膜晶体管，以改善器件性能，制备高迁移率的器件为目标。本工作对器件绝缘层/有源层和金属/有源层两个界面进行了优化，并在此基础上设计了创新的器件结构，使器件的迁移率达到了较高水平。具体的研究内容如下： 1.绝缘层/有源层界面优化。在聚合物绝缘层和C有源层之间插入了一层超薄的并五苯修饰层。引入并五苯修饰层后载流子迁移率达到了4.22cm/Vs，相比于没有修饰层器件的迁移率0.27cm/Vs提高了近16倍。对C薄膜进行了原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)测试，结果表明引入并五苯修饰层后C薄膜结晶性更好，晶粒粒径更大。结晶性好的薄膜因为含有较少的晶界陷阱态而更有利于载流子传输，进而提高了迁移率。 2.金属/有源层界面优化。使用高稳定性但功函数较高的金属银作漏源电极，由于银的功函数和C的LUMO能级之间存在较大的势垒，为了增强电子注入，在银电极和C有源层之间插入了一层LiF电极修饰层。对比研究了不同厚度的LiF对器件性能的影响，结果发现当LiF厚度为1nm时器件载流子迁移率达5.07cm/Vs，相比于没有LiF修饰层的器件提高了85%。从界面处能带变化和电子隧穿理论两个方面解释了不同厚度LiF修饰层影响器件性能的原因。 3.新的双导电沟道器件结构。在C有源层之间插入了一层电子阻挡层，把器件由单一导电沟道分隔成两个沟道。最优化结构的双导电沟道器件载流子迁移率达到了6.56cm/Vs。对上层的C薄膜进行了AFM形貌测试和分析，解释了两条导电沟道的形成原因。最后对电子阻挡层的厚度和材料做了调整，对比并分析了器件电学性能的变化。

关键词：有机薄膜晶体管界面修饰载流子迁移率双导电沟道

基于星型聚合物的白光电致发光器件的制备和研究

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基于星型聚合物的白光电致发光器件的制备和研究

作者：何辉电子科技大学

学位级别：硕士

白光聚合物电致发光器件(White Polymer Light-Emitting Device,WPLED)具有全固态、响应速度快、可柔性化等优点,作为新一代的半导体照明和信息显示器件,具有广阔的市场应用前景。但由于发光层中能量传递效率低导致器件性能衰减过快,器... 详细信息

白光聚合物电致发光器件(White Polymer Light-Emitting Device,WPLED)具有全固态、响应速度快、可柔性化等优点,作为新一代的半导体照明和信息显示器件,具有广阔的市场应用前景。但由于发光层中能量传递效率低导致器件性能衰减过快,器件寿命无法进一步提高,是亟待解决的瓶颈性问题。在制备WPLED时,聚合物共混和单分子聚合物是WPLED的两种基本构成体系。其中,聚合物共混体系的性能衰减是由发光过程中的聚合物相分离导致的,而单分子聚合物体系的内部能量传递和衰减机理尚不清楚。因此,本论文选用两种星型单分子白光聚合物发光材料作为代表,制备了两个系列的WPLEDs,系统性地研究了器件发光过程中激子能量的传递及辐射过程,揭示了单分子聚合物的分子结构与器件性能稳定性的关系,获得了高性能的WPLEDs。具体研究内容包括以下两部分:(1)利用包含tri[1-phenylisoquinolinato-C2,N]Iridium(Ir(piq))、芴酮和聚芴分别作为星型聚合物的红绿蓝三色发光单元制备了WPLEDs,器件的最高电流效率能够达到6.4 cd/A,并且,在电流密度为200 mA/cm时,电流效率仍可保持在4.2 cd/A以上。通过四种星型聚合物中聚芴部分的荧光衰减光谱,计算得到聚芴单元向Ir(piq)和芴酮单元的能量传递效率,结果表明星型聚合物的三维分子结构能有效抑制分子间的相互作用、提升聚合物中不同发色单元间的能量转移效率。同时,对四种聚合物的光致和电致发光光谱分析表明,饱和白光的红光和绿光部分来自于以下两个方式的协同作用:一是通过能量传递形成的激子辐射复合,二是通过聚合物上红光和绿光单元本身的陷阱作用产生的激子辐射复合。(2)为了进一步降低由星型聚合物π-π键的堆积导致的荧光聚集诱导猝灭效应,利用三种具有聚集诱导发光基团的星型聚合物制备了三种WPLEDs,研究分析了其发光性能,其Commission Internationale de LEclairage(CIE)坐标为(0.33,0.34),接近标准白光(0.33,0.33)。通过对比这三种聚合物在不同条件下的光致发光性质表明,在聚集状态下,聚合物能够减少分子转动消耗的能量,将更多的能量用于辐射发光,因此具有聚集诱导发光基团的星型白光聚合物提高了器件的发光性能。综上所述,该工作通过对两个系列的星型聚合物发光机理的研究,为高发光效率、高色饱和度的单分子聚合物WPLED的研制打下了基础。

关键词：白光电致发光器件星型聚合物激子能量传递荧光寿命聚集诱导发光

金属氧化物界面层调控对聚合物太阳能电池性能的影响

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金属氧化物界面层调控对聚合物太阳能电池性能的影响

作者：周畅电子科技大学

学位级别：硕士

有机聚合物太阳能电池具备重量轻、柔性度高、制备成本低廉、可适用于溶液加工和对环境影响较小等特点,在柔性穿戴、光伏建筑一体化等方面具有良好的应用潜力,因而受到人们关注。当今聚合物太阳能电池的劣势之一在于其光电转换效率还比... 详细信息

有机聚合物太阳能电池具备重量轻、柔性度高、制备成本低廉、可适用于溶液加工和对环境影响较小等特点,在柔性穿戴、光伏建筑一体化等方面具有良好的应用潜力,因而受到人们关注。当今聚合物太阳能电池的劣势之一在于其光电转换效率还比较低,而界面工程是解决其性能低的一种有效手段。研制出具有适当的电荷选择能力并与光活性层材料能级匹配的界面材料,对进一步提高有机聚合物太阳能电池的效率和稳定性具有重要意义。为此,本论文选用典型的金属氧化物ZnO作为有机聚合物太阳能电池中的界面材料,进一步优化其制备工艺,使得相应器件的光电转换效率得到了提升,具体工作如下:(1)研究了掺杂有机电子传输材料PFN对ZnO前驱体溶液改性对聚合物太阳能电池器件的光电转化效率的影响。结果显示:当在ZnO前驱体溶液中掺加0.4%的PFN时,器件的平均光电转化效率最高,达到了8.71%。还研究ZnO前驱体溶液溶胶-凝胶反应温度对该溶液光学特性和对应的聚合物太阳能电池器件光电转化效率的影响。结果显示:在15 C进行溶胶-凝胶反应的ZnO前驱体溶液制备的ZnO电子传输层相对应的聚合物太阳能电池器件光电转化效率最佳,为9.05%。结合相关溶液的光学表征,溶胶-凝胶反应温度的改变可以调整ZnO的带隙和缺陷分布,减少界面处的空穴和电子复合损失。(2)通过控制胶体陈化过程控制胶体粒径,研究了ZnO前驱体胶体溶液中胶体粒子的纳米尺寸和分布对ZnO界面层光电特性和聚合物太阳能电池性能的影响。结果表明:使用经历过2小时陈化处理前驱体胶体溶液制备的ZnO薄膜具有较好的晶体结构和表面形貌,可以促进光活性层与ZnO电子传输层之间的电子转移过程。使用该ZnO薄膜作为PTB7-Th:PCBM光伏体系的电子传输层,使器件的光电转化效率最高达到了10.21%。结合各功能层的光学表征与器件的电学性能测试,该聚合物太阳能电池器件更高的光电转换效率主要归功于ZnO薄膜晶体结构和表面形貌的变化导致器件中界面处空穴和电子的复合几率降低,进而使得光电流损耗降低。综上所述,本文通过溶胶-凝胶制备工艺进行调整与掺杂有机电子传输材料PFN,有效提升了聚合物太阳能电池的器件的光电转换效率,为有机太阳能电池未来的商业化打下了坚实的基础。

关键词：聚合物太阳能电池 ZnO界面层前驱体溶液光伏性能

有源层摩擦取向对有机场效应晶体管性能的影响

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有源层摩擦取向对有机场效应晶体管性能的影响

作者：曾彦博电子科技大学

学位级别：硕士

自上世纪八十年代第一个有机场效应晶体管(Organic Field-Effect Transistor,OFET)问世以来,它便在化学、物理、材料以及微电子等领域受到广泛关注。与此同时,基于OFET器件的多功能器件由于其潜在的巨大商业价值而逐渐成为研究的重点。... 详细信息

自上世纪八十年代第一个有机场效应晶体管(Organic Field-Effect Transistor,OFET)问世以来,它便在化学、物理、材料以及微电子等领域受到广泛关注。与此同时,基于OFET器件的多功能器件由于其潜在的巨大商业价值而逐渐成为研究的重点。本文以OFET为传感器件,在对介电层厚度进行优化的基础上,重点研究了有源层摩擦取向对OFET器件电学特性和气敏特性的影响。研究内容如下:1.基于PMMA/PS双介电层结构的OFET器件性能优化。采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)作为介电层,并五苯作为有机半导体层,分别研究了PMMA和PS不同厚度对OFET器件性能的影响。实验中设计了两组OFET器件,一组固定PMMA厚度为280 nm,PS厚度分别为140 nm、170 nm、220 nm和290 nm。另一组固定PS厚度为200 nm,PMMA厚度分别为140 nm、180 nm、220 nm和250 nm。测试结果表明,当PMMA厚度为280 nm,PS厚度为220 nm时,器件具有最佳性能,迁移率达到0.15 cm2/Vs,电流开关比为2.8?105。2.有源层摩擦取向对基于PS单介电层的并五苯OFET器件气敏特性的影响。利用普通的尼龙刷对OFET器件的有源层进行摩擦取向,摩擦方向包括垂直、斜向以及平行于源漏电极。首先研究了不同取向对器件电学特性的影响,结果表明,垂直于源漏电极摩擦的器件的迁移率达到0.17 cm2/Vs,开态电流达到0.45μA,分别比未经处理的器件提高了1倍。此外,进一步研究了不同取向对器件气敏特性的影响,结果表明,平行于源漏电极摩擦的器件具有最优的气敏性能,在2 ppm的NO2气氛下,响应度和响应时间分别达到1.3%和约70 s。3.有源层摩擦取向对基于PMMA/PS双介电层的并五苯OFET器件气敏特性的影响。在制备了高性能的PMMA/PS双层介电层器件的基础上,使用尼龙刷对OFET器件的有源层进行摩擦取向,摩擦方向包括垂直、斜向以及平行于源漏电极。垂直于源漏电极摩擦的器件的迁移率达到0.46 cm2/Vs,开态电流达到60.4μA,这比未经处理的器件分别提高了2倍和1.5倍。此外,平行于源漏电极摩擦的器件具有最优的气敏性能,在2 ppm的NO2气氛下,响应度和响应时间分别达到1.1%和约50 s。与PS单介电层的器件相比,无论是否经过摩擦处理,PMMA/PS双介电层的器件都具有更优异的电学及气敏性能。最后,结合气敏机理和载流子传输理论,分析不同方向的摩擦取向对OFET器件气敏性能产生不同影响的原因。

关键词：有机场效应晶体管气体传感器双层介电层并五苯摩擦取向