有機光伏器件的界面能級排列及電荷分離機制的研究.pdf

1、近些年來,有機光伏器件由于其具有成本低，材料容易設計合成，可做成大面積，制備過程簡單等優(yōu)點引起了越來越多的關注。光伏電池作為清潔可再生的能源可有效緩解當前社會的能源需求，具有很大的應用前景。在有機光電器件中，有機/有機和有機/無機界面對器件的性能和工作壽命有重要的影響。雖然我們在器件的廣電效率方面取得重大進展，但由于在有機界面中存在界面偶極、能帶彎曲、界面缺陷態(tài)等現(xiàn)象，傳統(tǒng)的無機半導體理論不能完全適用于有機界面，對有機界面的物理機制缺乏

2、清晰的認識，限制了有機光電器件的進一步發(fā)展，因此我們有必要對有機界面進行深入的研究，進一步理解其深層的物理機制。
　　本論文主要利用光電子能譜技術（包括UPS和XPS），研究了有機/無機，有機/有機界面能級排列以及界面電荷的分離及傳輸機制。研究基于鈣鈦礦和有機光伏電池，討論了界面能級排列對電荷在界面分離的影響，并且，我們通過調(diào)控基底功函數(shù)來實現(xiàn)改變有機界面的能級與分子結(jié)構(gòu)。最后，通過對有機材料的摻雜和變溫處理，分析了有機材料的電荷

3、傳輸特性。其主要內(nèi)容包括：
　?。?）首先我們研究了基于鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)，有機/無機雜化界面對電荷分離的影響。通過 UPS和 XPS探測技術，我們分析了鈣鈦礦/空穴傳輸材料（perovskite/HTM）界面的能級排列與電子結(jié)構(gòu)。實驗以CH3NH3PbIBr2鈣鈦礦材料為基底，Spiro-OMeTAD，NPB，F(xiàn)16CuPc，HATCN，MoO3等作為空穴傳輸材料，實驗發(fā)現(xiàn)，perovskite/HTM之間的空穴取出能級勢壘可以通過

4、改變空穴傳輸材料來調(diào)控，從而達到優(yōu)化界面能級排列，提高界面電荷分離效率的目的。
　?。?）接下來，我們發(fā)現(xiàn)，在優(yōu)化界面能級排列的過程中，界面能級的匹配不僅受到材料本身能級的影響，其他因素同樣起著決定性的作用，比如，基底功函數(shù)，界面分子結(jié)構(gòu)，無序誘導的缺陷態(tài)的貢獻。本章節(jié)我們研究了基底能級對F16CuPc/C60界面以及 TiOPc/C60界面的影響。隨著基底功函數(shù)從小到大的改變，F(xiàn)16CuPc費米能級在帶隙內(nèi)從 LUMO能級處移動

5、到 HOMO能級，同時，F(xiàn)16CuPc/C60界面能級排列也發(fā)生變化。與F16CuPc材料不同的是，極性分子TiOPc表現(xiàn)出不同的變化，TiOPc材料的界面能級不會隨著基底材料的變化而改變，基于 TiOPc/C60的界面能級排列沒有受到基底效應的影響。不論在任何基底上，TiOPc/C60界面能級排列均保持不變。
　?。?）最后我們對材料的電荷傳輸特性進行了研究，通過堿金屬化合物CsN3，Cs2CO3，CsF對電子傳輸材料Bphen