有机太阳能电池中光电转化过程的调控研究

【摘要】有机太阳能电池具有制备工艺简单、制作成本低且可以大面积成膜制备等优点，近年来受到广泛关注。虽然目前文献中报道的有机太阳能电池的效率已经超过10%，但是相对于产业化生产来说，效率还需要进一步提高。在有机太阳能电池中，光电转换过程分为四个部分：光的吸收，激子的生成，激子的分离以及电荷的收集，因此光电转换过程对电池的效率有很重要的影响。本文将下转移发光敏化层以及激子分裂材料引入到有机太阳能电池中，对光电转化过程进行调控。实验表明，下转移发光敏化层可以通过对光谱的调控使器件光电流和效率同时提升。本论文主要运用旋涂制膜和真空蒸发镀膜技术制备了基于P3HT:PCBM和P3HT:ICBA的聚合物太阳能电池以及CuPc/C60小分子电池。具体内容如下：(1)使用溶液法配制了不同浓度的C545T:Alq3溶液，将其旋涂到ITO玻璃上，作为下转移荧光发光敏化层和电子传输层，并将其应用到以P3HT:PCBM和P3HT:ICBA为活性层的倒置电池中。下转移敏化层使300-500nm范围内短波长的光调控到了活性层材料的最大吸光范围处。器件的光电流分别从10.48mA/cm2和12.03mA/cm2提高到11.96mA/cm2和12.53mA/cm2，效率从3.28%和5.58%提高到3.82%和6.01%。并从器件电流-电压(I-V)特性，外量子效率(EQE)及其他性能的改变进行了研究。同时，将下转移敏化层应用到CuPc/C60小分子太阳能电池中，器件的短路电流消失，我们认为是由于Alq3与C60之间的LUMO能级差过大，使电流不能导出导致的；(2)使用溶液法配制了不同浓度的Ir(ppy)3:Alq3溶液，将其旋涂到ITO玻璃上，作为下转移磷光发光层，将其应用到有机太阳能电池中，希望通过对光谱的调控，实现光电流和效率的同时提升。实验结果表明，低浓度的掺杂对于器件性能的影响不是很大，当掺杂浓度过大时，器件性能变差，通过测定器件的EQE及时间分辨荧光光谱得出，Alq3与Ir(ppy)3之间不能够进行有效的能量传递，是造成下转移磷光敏化层不能发挥作用的原因；(3)使用激子分裂材料Pentacene对激子分裂现象进行了初步研究。本实验通过蒸镀的方法制备了结构为ITO/P3HT/Pentacene/C60/Bphen/Al的有机小分子太阳能电池。首先通过改变薄膜的厚度对电池的结构进行了优化，得到了性能稳定的器件。然后通过测定在模拟太阳光和650nm激光照射下，磁场存在时，电池的光电流的变化，验证了激子分裂现象。最后希望能将激子分裂材料应用到有机太阳能电池中，提高电池的效率。
【作者】马国富；
【导师】唐建新；李艳青；
【作者基本信息】苏州大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】有机太阳能电池；下转移；激子分裂；

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