透明電極在有機(jī)太陽能電池中的優(yōu)化與研究.pdf

1、傳統(tǒng)半導(dǎo)體硅太陽能電池由于制備成本高昂且制備過程造成環(huán)境污染，促使科研人員把目光瞄準(zhǔn)有機(jī)太陽能電池（OSCs）領(lǐng)域。有機(jī)太陽能電池的原材料豐富、制備工藝簡單、卷對卷、可大面積制備等，與傳統(tǒng)的硅太陽能電池相比，有難以比擬的優(yōu)勢。但是，與無機(jī)太陽能電池相比， OSCs的光電轉(zhuǎn)化效率依然偏低。為了提高器件的光電轉(zhuǎn)化效率（PCE），通常把研究重點放在太陽能光子的吸收效率方面。一種方法是增加活性層的厚度。另外的解決辦法是通過制造一個半透明的 OS

2、Cs器件和有不同光譜響應(yīng)的其他太陽能電池組裝。在此種情況下，我們可以最大化的利用入射的太陽光。同時，半透明的有機(jī)太陽能電池（OSCs）可以應(yīng)用于特定的生活化場景，例如具有光電轉(zhuǎn)化功能的窗戶等?；诖讼敕ǎ疚耐ㄟ^采用陰陽極都為透明電極的結(jié)構(gòu)，制備高效的基于PTB7:PC70BM結(jié)構(gòu)的半透明有機(jī)太陽能電池器件。本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1、為了制備出高效的有機(jī)太陽能電池，首先在玻璃基底上優(yōu)化銀透明電極的性能與制備參數(shù)之間的關(guān)系

3、，包括：引入成核誘導(dǎo)物、采用鉭舟熱蒸發(fā)沉積薄膜、改變銀沉積速率以及銀薄膜的厚度。結(jié)果表面，通過引入成核誘導(dǎo)物MoO3后，銀薄膜的導(dǎo)通臨界值從11 nm以上下降到7 nm，此時沉積速率為0.9 nm/s，對應(yīng)的表面電阻為39.41±8.51 ohm/sq。此外，隨著銀的沉積速率的逐漸增加，銀薄膜的光學(xué)和電學(xué)性能逐步趨于良好，當(dāng)蒸鍍速率達(dá)到0.7 nm/s以上，薄膜性能趨于穩(wěn)定，性能提升不大。當(dāng)銀薄膜的厚度達(dá)到9 nm時，薄膜可見光波譜范圍

4、內(nèi)（400-760 nm）的平均透光率為74.22％±2%，高于其他薄膜厚度在此光波譜范圍內(nèi)的平均透光率，此時對應(yīng)的表面電阻為19.68±1.77 ohm/sq。
　　2、在半透明器件中，首先優(yōu)化透明陽極銀薄膜的厚度。結(jié)果表明，當(dāng)銀薄膜的厚度為9 nm時，其光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)達(dá)到最佳妥協(xié)結(jié)果。此時，光從銀透明電極入射時，效率可到2.76%（Voc=0.72 V，Jsc=7.47 mA/cm2， FF=51%，Rs=23.42Ω*cm2

5、，Rsh=873.40Ω*cm2）；光從ITO入射時，效率可達(dá)3.94%（Voc=0.74 V，Jsc=8.67 mA/cm2，F(xiàn)F=62%，Rs=11.11Ω*cm2， Rsh=904.65Ω*cm2）；光從銀薄膜電極入射的效率低于從ITO入射的效率，這是由于二者的透光性不同導(dǎo)致的結(jié)果。
　　3、為了進(jìn)一步改善薄膜的透射率，在透明電極的最外層覆蓋上不同厚度的MoO3，形成MoO3/Ag/MoO3多層結(jié)構(gòu)的透明電極，其中內(nèi)層較薄M

6、oO3（2 nm）作為空穴緩沖層和成核誘導(dǎo)物，外層較厚MoO3（≥10 nm）作為光耦合層提高透明電極的透射。另外，電極最外層覆蓋一定厚度的MoO3可避免超薄銀層的氧化，避免電極氧化導(dǎo)致器件效率的衰減。通過優(yōu)化9 nm銀薄膜的PTB7:PC70BM電池器件，當(dāng)覆蓋層MoO3的厚度為20 nm時，器件的效率最優(yōu)。此時，光從MoO3/Ag/MoO3多層結(jié)構(gòu)的透明電極入射時，效率可達(dá)3.62%（Voc=0.73 V，Jsc=8.00 mA/c