ZnO/Ag/ZnO导电薄膜和修饰型ZnO电子传输层在有机太阳能电池中的应用研究

【摘要】：随着传统能源储备的日趋枯竭和环境污染的双重压力,太阳能作为一种绿色环保的可持续能源,受到人们广泛关注和开发。光伏发电作为利用太阳能的一种有效技术,具有替代传统能源的巨大潜力。硅晶太阳能电池的发展已相对成熟,已经完全实现产业化应用,但存在发电成本偏高的弱点。有机光伏电池效率目前已突破10%,具有质轻、柔性、成本低廉的优势,已处于商业化应用的前夜。本论文从提高有机光伏电池的效率和稳定性出发,基于regioregular poly(3-hexylthiophene)和[6,6]-phenyl C61-butyric acid methylester (P3HT:PCBM)形成的本体异质结光活性层,重点研究了界面修饰和ZnO/Ag/ZnO透明导电电极等对有机太阳能电池性能的影响。(1)采用水溶性材料Polyetherimide (PEI)和溶液法制备的ZnO纳米颗粒作为电子传输/提取层,通过浓度和旋涂条件的改变研究阴极修饰对有机太阳能电池器件性能的影响；(2)采用PEI、LiF和Au/LiF修饰ZnO复合层作为电子传输／提取层,通过各层厚度的改变进一步优化电池性能。利用紫外可见光谱、扫描电子显微镜、荧光发射光谱、紫外光电子能谱、X射线光电子能谱等表征验证复合界面对电导性的改善和光吸收的增强。基于Au/LiF/ZnO电子传输／提取层和超薄活性层(60nm)的反转型有机光伏器件效率比基于ZnO电子传输／提取层的器件效率提升了近40%。同时,LiF修饰ZnO的器件稳定性提升明显,未封装的器件在空气环境下一年后仍保留了原效率的50%。(3)采用磁控溅镀法研制了ZnO/Ag/ZnO多层透明导电薄膜；开发出方块电阻约5 ohm/sq和在400-700nm波段平均透光率高于80%的透明导电薄膜,具有代替ITO薄膜的发展潜力。将该导电薄膜作为反转型有机光伏器件的透明电极,通过改变上层ZnO厚度较系统研究了Ag纳米结构的等离子共振效应对增强活性层吸收的影响。 【关键词】：有机太阳能电池 透明导电薄膜 界面修饰 表面等离子共振 稳定性
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 有机半导体光电转换机理12-14
• 1.2 有机光伏器件研究进展14-17
• 1.2.1 活性层材料14-15
• 1.2.2 器件结构与界面材料15-17
• 1.2.3 透明导电电极17
• 1.3 本论文研究内容17-19
• 参考文献19-26
• 第二章 PEI修饰型ZnO电子传输层26-36
• 2.1 引言26-27
• 2.2 基于P3HT：PCBM的反转型有机太阳能电池27-29
• 2.2.1 器件的制备和测试27-28
• 2.2.2 活性层旋涂及退火条件的影响28-29
• 2.3 基于ZnO和PEI修饰ZnO电子传输层的有机太阳能电池29-32
• 2.3.1 ZnO电子传输层组分对器件的影响29-30
• 2.3.2 PEI修饰层厚度对器件的影响30-31
• 2.3.3 PEI修饰ZnO电子修饰层31-32
• 2.4 小结32-34
• 参考文献34-36
• 第三章 Au/LiF修饰型ZnO电子传输层36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 修饰型ZnO电子传输层对器件的影响36-44
• 3.2.1 LiF修饰型ZnO电子修饰层应用于有机太阳能电池36-37
• 3.2.2 Au/LiF/ZnO电子传输层应用于超薄活性层太阳能电池37-39
• 3.2.3 Au/LiF/ZnO薄膜吸收及SEM表征39-40
• 3.2.4 器件的吸收光谱与量子效率表征40-41
• 3.3.5 电子传输层界面的表征41-44
• 3.2.6 器件的稳定性44
• 3.3 小结44-46
• 参考文献46-50
• 第四章 ZnO/Ag/ZnO透明薄膜电极对电池的影响50-56
• 4.1 引言50
• 4.2 ZnO/Ag/ZnO薄膜制备及在有机太阳能电池上的应用50-52
• 4.2.1 薄膜及器件制备及表征50-52
• 4.2.2 薄膜光电性能52
• 4.4 薄膜等离子共振效应对活性层光吸收的影响52-54
• 4.5 小结54-55
• 参考文献55-56
• 第五章 全文总结及展望56-57
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文57-58
• 致谢58

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