有機(jī)太陽能電池的瞬態(tài)光電流表征及其在缺陷態(tài)研究中的應(yīng)用.pdf

1、有機(jī)太陽能電池，以其輕柔的特性以及潛在的可大規(guī)模廉價(jià)制備的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到研究人員的關(guān)注。目前，有機(jī)太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率仍然無法和已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的傳統(tǒng)硅基太陽能電池相比。其中的主要原因之一是：有機(jī)太陽能電池中存在的缺陷態(tài)，其會(huì)影響電池中電荷的傳輸和復(fù)合過程、影響電荷的壽命，進(jìn)而影響電池的能量轉(zhuǎn)換效率。因此，研究有機(jī)太陽能電池內(nèi)部的缺陷態(tài)分布、缺陷態(tài)分布對(duì)電荷的影響具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際價(jià)值。
　　本論文選取常規(guī)型有機(jī)太陽能電池作

2、為研究對(duì)象：有機(jī)小分子平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池和有機(jī)大分子聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池。使用納秒級(jí)的瞬態(tài)光電流測(cè)量手段，并輔助以交流阻抗譜測(cè)量手段以及低溫測(cè)量手段，研究常規(guī)型有機(jī)太陽能電池內(nèi)部的缺陷態(tài)分布，以及缺陷態(tài)分布對(duì)電荷傳輸、復(fù)合以及電荷壽命的影響。本論文的主要工作包括以下兩點(diǎn)：
　?。?）準(zhǔn)確確定了常規(guī)型有機(jī)太陽能電池的瞬態(tài)光電流測(cè)量回路的RC常數(shù)；獲得了可靠的測(cè)量回路 RC常數(shù)，就能夠更加準(zhǔn)確地計(jì)算出電池的瞬態(tài)光電流響應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)

3、制備了兩種電池，其結(jié)構(gòu)為： ITO/CuPc/C60/Alq3/Al、ITO/PEIE/P3HT:PC61BM/MoO3/Ag。其中，前者是有機(jī)小分子平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的典型代表，而后者是有機(jī)大分子聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池的典型代表。在常規(guī)型有機(jī)太陽能電池的瞬態(tài)光電流測(cè)量回路中，我們額外接入一個(gè)波形發(fā)生器，波形發(fā)生器對(duì)回路輸出一個(gè)20 mV脈沖高度、10μs脈沖寬度的電壓脈沖，與此同時(shí)，回路中的示波器測(cè)量回路中的電流響應(yīng)；回路中的電流

4、響應(yīng)將是典型的RC充放電曲線，因此本論文通過分析這個(gè)電流響應(yīng)曲線，就獲得了回路的RC常數(shù)。與此同時(shí)，為了驗(yàn)證測(cè)量的準(zhǔn)確性，我們還采用了另外的三種實(shí)驗(yàn)方法去測(cè)量此瞬態(tài)光電流和回路的RC常數(shù)，結(jié)果，這三種實(shí)驗(yàn)方法給出了相近的結(jié)果。因此，我們認(rèn)為，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量手段獲得了瞬態(tài)光電流測(cè)量回路的準(zhǔn)確的RC常數(shù)。
　　（2）采用納秒級(jí)的瞬態(tài)光電流測(cè)量手段探究有機(jī)大分子聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池內(nèi)部的缺陷態(tài)分布及缺陷態(tài)分布對(duì)電荷的影響。本實(shí)驗(yàn)制備了

5、一種典型的有機(jī)大分子聚合物體異質(zhì)結(jié)太陽能電池，其結(jié)構(gòu)為 ITO/PEIE/P3HT:PC61BM/MoO3/Ag，測(cè)量電池在80 K-300 K溫度范圍內(nèi)的納秒級(jí)瞬態(tài)光電流信號(hào)。并結(jié)合表征電池光吸收的傳輸矩陣方法、表征電荷傳輸和復(fù)合的MTR（multiple trapping and release）模型，對(duì)此溫度范圍內(nèi)的納秒級(jí)瞬態(tài)光電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)值模擬，探索電池內(nèi)部的缺陷態(tài)分布及其對(duì)電荷傳輸和復(fù)合的影響。與此同時(shí)，輔助以交流阻抗測(cè)量手