有机太阳能电池光学空间层和倒置结构的研究

作     者：刘晨曦 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程传辉

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：有机小分子太阳能电池 能量转换效率 光学空间层 倒置结构 

摘      要：当今世界各国的发展都面临着一个重大问题——能源问题,加大可再生能源在各个领域的推广应用是解决能源问题的最有效途径之一。由于太阳能取之不尽用之不竭并且具有清洁无污染、使用安全的特点,因此发展太阳能成为关注的焦点。利用太阳能就是将太阳能转化为电能,这主要是通过半导体太阳能电池来实现的。有机太阳能电池由于其造价低、重量轻、容易大面积生产并且可以在柔性衬底上制备,更是引起科研工作者的极大兴趣。因此有机太阳能电池的研究成为一大热点。 首先我们制备基于CuPc/C60为活性层的有机小分子太阳能电池,由于CuI的加入,增加了太阳能电池的短路电流和填充因子,有效地改变了CuPc分子的堆积方式增加了对太阳光吸收,并且CuI对阳极ITO有一定的修饰,使太阳能电池能量转换效率有相当大幅度的增加,提高了太阳能电池性能。同时,每一有机材料的厚度对太阳能电池的光电特性有很大的影响,通过优化,我们得到的最大效率值为1.56%。 然后,我们研究了基于CuPc:C60共混结构的有机小分子太阳能电池,它是在给体与受体之间加入混合层,混合层是由给体和受体材料按照一定的比例(比例1：1)混合所形成的。通过实验分析,我们得到CuPc:C60混合层的最优厚度是15nnm,此时CuPc和C60的厚度分别为12.5nm、32.5nm。在这个条件下,激子的分离效率最好,电子空穴复合效率最低,电子空穴能够很好地传输。在此基础之上,我们进一步深化分析光学空间层(Optical Spacer)对有机小分子太阳能电池性能的影响,在有源层和电极之间加一层C60:LiF(3:1)作为光学空间层,我们发现这一改变有效地增加了器件对光的吸收,提高了电池的效率。 最后我们研究分析了倒置结构的有机小分子太阳能电池。它是把ITO电极作为阴极,功函数高的金属或非金属电极作为阳极。采用A1作为电子注入层的效果是显而易见的,但它的厚度不能太厚,会影响到光活性层对太阳光的吸收,而且A1要暴露大气一段时间产生的效果会更好,因为产生了A1Ox,这样能进一步降低电极的功函数,减少阴极的势垒。通过倒置结构,我们也分析了有机材料BCP的特性。