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利用不同阴极缓冲层改善有机小分子Pentacene/C_(60)太阳能电池的性能

刘瑞

   摘要: 在有机小分子太阳能电池中,有机层与阴极的界面对器件性能的好坏起着重要的作用,通常需要在有机层与阴极之间插入缓冲层。目前关于这类缓冲层的研究主要集中在CuPc/Ceo结构的电池上。Pentacene相较于CuPc具有较好的结晶性以及较高的电荷迁移率,因此本文选用了基于Pentacene/C6o结构的小分子电池来研究阴极缓冲层的作用机理。主要进行了以下几方面的研究: 一.实验制备了以bathocuproine (BCP)作为缓冲层的器件,结构为ITO/PEDOT:PSS/Pentacene/C60/BCP/Al。引入了缓冲层后,器件的性能得到了大幅度的提高,这与CuPc/C60结构的电池类似。BCP的作用主要有两个方面,一是作为激子阻挡层,减少电子空穴对在电极附近的复合,二是对电池的有机层起缓冲保护的作用,减轻C60层在A1电极制作过程中由于金属原子侵入而引起的导电性的下降,减小了电池的电阻。此外,研究BCP厚度对器件性能的影响发现,随着BCP厚度的增加,电导性的降低是限制器件性能的主要原因。 二.在使用电子迁移率比BCP高两个数量级的bathophenanthroline (Bphen)作为缓冲层后,电池效率从0.46%提高到0.56%。我们认为,缓冲层主要依靠在Al制备时所形成的缺陷态传输电子,但是缓冲层本身的迁移率大小也会对电子的传输存在影响。激子在给受体界面解离后,电子从C60层经过缓冲层到达Al电极,与BCP相比,Bphen相对较高的电导性使电子能够更好地穿过缓冲层,从而增加电极对电子的收集。 三.本文用在可见光区具有光吸收的3,4,9,10-Perylenetetracarb-oxylicdianhydride (PTCDA)作为缓冲层,得到的器件性能优于使用同一厚度的BCP及Bphen材料的器件。在PTCDA厚度为10 nm时,电池短路电流提高至5.97mA/cm2,效率达0.87%。缓冲层不仅可以对有机光伏电池的有机层起缓冲保护的作用,而且当使用一些有光吸收的材料作缓冲层时,可以起到增加电池光吸收的作用。……   
[关键词]:有机半导体;小分子太阳能电池;Pentacene;C_(60);界面;缓冲层;激子
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:北京交通大学2010年
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