PDF《利用不同阴极缓冲层来改善 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园》

物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 缘 渊圆园员员冤摇 园缘愿愿园员 M圆园员员 中国物理学会 悦澡蚤灶藻泽藻 孕澡赠泽蚤糟葬造 杂燥糟蚤藻贼赠 摇 澡贼贼责院辕 辕 憎怎造蚤曾遭援 蚤责澡赠援 葬糟援 糟灶 园缘愿愿园员鄄 员摇摇摇摇利用不同阴极缓冲层来改善 孕藻灶贼葬糟藻灶藻辕 悦远园 太阳能电池的性能鄢 刘摇 瑞员冤圆冤 摇 徐摇 征员冤L 摇 赵谡玲员冤 摇 张福俊员冤 摇 曹晓宁猿冤 摇 孔摇 超员冤 摇 曹文丛痹 摇 龚摇 伟员冤 员冤渊北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室袁北京交通大学光电子技术研究所袁北京摇 员园园园源源冤 圆冤渊榆林职业技术学院神木校区袁神木县职业技术教育中心袁神木县摇 苑员怨猿园园冤 猿冤渊中国科学院电工研究所袁太阳能热利用及光伏系统重点实验室袁北京摇 员园园员怨园冤 渊圆园员园 年苑月圆日收到曰圆园员园 年怨月员日收到修改稿冤 摇摇制备了 结构为陨栽韵辕 孕藻灶贼葬糟藻灶藻辕 悦远园 辕 粤造 的双层光伏电池器件袁 在 悦远园 辕 粤造 界面插入了常用的缓冲层材料遭葬贼澡燥糟怎责则燥蚤灶藻渊月悦孕冤作为阴极缓冲层袁通过优化 月悦孕 层的厚度来提高电池的性能并研究了阴极缓冲层的作用机理援 实验发现袁月悦孕 厚度为 员园 灶皂 时器件的效率最高袁为 园郾 源远豫 援 在此基础上袁利用 遭葬贼澡燥责澡藻灶葬灶贼澡则燥造蚤灶藻渊月责澡藻灶冤和 猿袁源袁 怨袁员园鄄孕藻则赠造藻灶藻贼藻贼则葬糟葬则遭鄄燥曾赠造蚤糟凿蚤葬灶澡赠凿则蚤凿藻渊孕栽悦阅粤冤材料取代 月悦孕袁分别研究了缓冲层材料电子迁移率以及光吸收特 性对器件性能的影响援 在使用电子迁移率比 月悦孕 高两个数量级的 月责澡藻灶 材料作为缓冲层后袁电池效率提高到了 园郾 缘远豫 援 而当使用在可见光区有较强光吸收的 孕栽悦阅粤 材料作为缓冲层时袁可以起到增加电池光吸收的作用袁电池 短路电流提高至 缘郾 怨苑 皂粤辕 糟皂圆 袁效率达 园郾 愿苑豫 援 关键词院 有机太阳能电池袁 孕藻灶贼葬糟藻灶藻袁 悦远园 袁 缓冲层 孕粤悦杂院 愿愿援 源园援 躁则袁 苑猿援 猿园援垣 赠袁 苑圆援 圆园援 允增袁 苑猿援 缘园援 孕扎 鄢国家自然科学基金渊批准号院远园怨苑愿园远园袁员园怨苑源园员猿袁员园愿园源园园远冤袁教育部博士点基金渊批准号院圆园园怨园园园怨员员园园圆苑冤袁北京市自然科学基金渊批准 号院员员园圆园圆愿冤袁北京市科委渊批准号院在园怨园愿园猿园源源园园怨园园员冤袁科技部国际合作计划渊批准号院圆园园愿阅云粤远员源圆园冤袁北京交通大学野红果园双百计 划冶资助的课题援 L 通讯联系人援 耘鄄皂葬蚤造院 扎澡藻灶早曾怎岳 遭躁贼怎援 藻凿怎援 糟灶 员郾 引言目前袁有机太阳能电池材料普遍存在激子扩散 长度短袁载流子迁移率低等问题咱员暂 援 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 拥有 较长的激子扩散长度袁载流子迁移率高达 员 糟皂圆 辕 灾泽咱圆袁猿暂 袁常用于有机薄膜晶体管中咱源暂 袁也是一种适于 制作有机太阳能电池的材料援 又由于 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 在 缘园园要苑园园 灶皂 有较强的光吸收袁而 悦远园 的光吸收主要 在 源园园要缘园园 灶皂袁即基于 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园 结的双层光 伏电池袁其吸收光谱范围将实现对整个可见光光谱 范围的较大覆盖袁有机功能层良好的光吸收特性是 制备高性能有机太阳能电池的基础援 因此袁 陨栽韵辕 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园 辕 粤造 这种双层结构的电池目前已有多 篇报道咱圆袁猿袁缘要愿暂 援 与所有使用 悦远园 材料作为受体的小分子太阳能 电池一样袁孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园 结中的 悦远园 薄膜会在 粤造 电 极的蒸镀过程中因为 粤造 原子的侵入而引起导电性 的下降袁进而影响电池性能援 在基于 悦怎孕糟辕 悦远园 结的 双层光伏电池中袁通常在 悦远园 辕 粤造 界面插入 月悦孕 等材 料作为阴极缓冲层保护 悦远园 薄膜咱怨要员源暂 袁而目前关于 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园 结构电池的阴极缓冲层研究较少援 本文首先采用常用的 月悦孕 材料作为 悦远园 辕 粤造 界 面缓冲层袁来改善 陨栽韵辕 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园 辕 粤造 结构器件 的性能袁并在此基础上袁尝试利用两种不同材料代 替 月悦孕袁制备了相应的器件并作对比袁研究了具有不 同特性的缓冲层材料对器件各性能参数的影响袁并 探索阴极缓冲层的作用机理援 圆郾 实验实验 所用陨栽韵 制备在玻璃衬底上袁 厚度为物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 缘 渊圆园员员冤摇 园缘愿愿园员 园缘愿愿园员鄄 圆摇摇摇摇圆缘 灶皂袁方块电阻为 远园 赘辕 阴袁依次用酒精尧丙酮以及 去离子水对其进行反复超声清洗袁最后用氮气吹 干援 然后对 陨栽韵 表面进行臭氧处理袁时间为 员园 皂蚤灶援 再在处理后的 陨栽韵 玻璃衬底上旋涂约 源园 灶皂 厚的空 穴传输层 责燥造赠渊猿袁源鄄藻贼澡赠造藻灶藻鄄凿蚤燥曾赠贼澡蚤燥责澡藻灶藻冤院责燥造赠渊源鄄 泽贼赠则藻灶藻泽怎造枣燥灶葬贼藻冤渊孕耘阅韵栽院孕杂杂冤袁并迅速将其放入真 空干燥箱中袁员圆园益 热退火 员园 皂蚤灶援 随后进行有机材 料的蒸镀袁真空度均为 圆伊员园 原源孕葬袁蒸镀速率控制在 园郾 源 辕 泽 左右援 最后蒸镀 员园园 灶皂 的 粤造 电极袁真空度 为猿伊员园 原猿孕葬援 蒸镀 粤造 电极之前袁使用掩膜板进行 掩膜袁有效面积为 园郾 园怨 糟皂圆 援图员给出了器件结构以 及实验中用到的主要材料的分子结构式援 使用 员缘园 宰 的氙灯作为宽带光源袁入射光功率 为员园园皂宰 辕 糟皂圆 左右援 器件的电流鄄电压渊 陨鄄灾冤 曲线 图 员摇 器件结构渊葬冤及实验中所用材料的分子结构式渊遭冤 图 圆摇 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 渊源园 灶皂冤 辕 悦远园 渊源园 灶皂冤薄膜的吸收光谱图 由 运藻蚤贼澡造藻赠 圆源员园 测量袁薄膜的吸收光谱由岛津 哉灾鄄 猿员园员 型吸收光谱仪测量援 所有测试均在室温大气环 境下进行袁电池未封装援 猿郾 结果与讨论 摇摇首先测试了 孕藻灶贼葬糟藻灶藻袁悦远园 以及 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园 薄 膜的吸收光谱图袁如图 圆 所示袁在图中可以看出袁 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 渊源园 灶皂冤 辕 悦远园 渊源园 灶皂冤双层薄膜的吸收光 谱覆盖了 源园园要苑园园 灶皂 的可见光光谱范围袁良好的 光吸 收特性是基于孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园 结太阳能电池的优势援 实验所制备的器件结构为 陨栽韵辕 孕耘阅韵栽院孕杂杂辕 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园 辕 阴极缓冲层 渊 曾灶皂冤 辕 粤造袁 其中 孕藻灶贼葬鄄 糟藻灶藻袁悦远园 及 孕耘阅韵栽院 孕杂杂 厚度均取源园 灶皂袁 保持孕藻灶贼葬糟藻灶藻袁悦远园 和 孕耘阅韵栽院孕杂杂 的厚度不变袁改变缓冲 层材料袁调整缓冲层厚度并进行电池性能参数的测 试和对比援 猿郾 员郾 月悦孕 材料为阴极缓冲层 摇摇以月悦孕 材料为阴极缓冲层袁制备了系列 陨栽韵辕 孕耘阅韵栽院孕杂杂 辕 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 辕 悦远园 辕 月悦孕渊曾 灶皂冤 辕 粤造 器件袁其 中 月悦孕 厚度 曾 分别为 园 灶皂袁圆 灶皂袁员园 灶皂袁圆园 灶皂 和 猿园 灶皂援 不同厚度 月悦孕 作为缓冲层时器件的 允鄄灾 曲 线如图 猿 所示援 从图 猿 中可以看出无阴极缓冲层时袁 陨栽韵辕 孕耘阅韵栽院孕杂杂 渊源园 灶皂冤 辕 孕藻灶贼葬糟藻灶藻 渊源园 灶皂冤 辕 悦远园 渊源园 灶皂冤 辕 粤造 器件的各参数分别为 灾燥糟 越 园郾 圆愿 灾袁允泽糟 越 员郾 怨缘 皂粤辕 糟皂圆 袁云云 越 圆园郾 缘愿豫 援 而在引入了 月悦孕 缓 冲层后袁器件短路电流密度 允泽糟 尧填充因子 云云 和开路 电压 灾燥糟 呈规律性变化援 月悦孕 厚度为 员园 灶皂 时器件性 能最佳袁此时的开路电压为 灾燥糟 越 园郾 猿源 灾袁短路电流 密度 为 允泽糟 越 源郾 圆怨 皂粤辕 糟皂圆 袁填充因子为云云 越 猿员郾 猿员豫 袁与未加缓冲层时相比袁开路电压提高了 园郾 园远 灾袁短路电流密度约为原来的 圆郾 圆 倍袁填充因子 约为原来的 员郾 缘 倍援 下图 源 给出了不同厚度 月悦孕 作为缓冲层时袁器 物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 缘 渊圆园员员冤摇 园缘愿愿园员 园缘愿愿园员鄄 猿摇摇摇摇图猿摇 不同厚度 月悦孕 作为缓冲层时器件的伏安特性曲线 件各性能参数开路电压 灾燥糟 尧短路电流密度 允泽糟 尧填充 因子 云云 及效率 浊 的变化趋势援 图 源摇 不同厚度 月悦孕 作为缓冲层时器件的各性能参数变化趋 势摇 渊葬冤开路电压及短路电流密度变化趋势曰渊 遭冤 填充因子及 效率变化趋势 从图 源渊葬冤可以看出袁插入缓冲层后袁器件的开 路电压有明显的提高援 月悦孕 的能级结构如图 缘 所示袁 它的 匀韵酝韵 与 蕴哉酝韵 之差为 猿郾 缘 藻灾袁而 悦远园 的则为 员郾 苑 藻灾袁月悦孕 能起到激子阻挡的作用袁减少了电极附 图 缘摇 月悦孕 能级结构图 近激子的复合袁相当于增大了有机光伏电池等效电 路中的分流电阻袁从而提高了开路电压援 开路电压 的提高主要归因于 月悦孕 的激子阻挡作用袁但随着 月悦孕 厚度的增加袁电池开路电压不再有明显变化袁 而是趋于一个固定值袁这是因为开路电压主要是由 给体 匀韵酝韵 和受体 蕴哉酝韵 之间的差值决定的援 从能级结构图 缘 分析袁悦远园 的 蕴哉酝韵 为 源郾 缘 藻灾袁 电子从 悦远园 注入到 月悦孕 存在 员 藻灾 的势垒袁电子注入 应该是困难的袁但实验结果表明一定厚度的 月悦孕 的 插入提高了器件的性能袁因此袁云燥则则藻泽贼 小组在研究 月悦孕 材料作为 悦怎孕糟 辕 悦远园 结双层光伏电池时提出咱怨暂 袁 月悦孕 材料在 粤造 原子蒸镀时形成了缺陷态能级袁这些 缺陷态能级低于 月悦孕 原来的 蕴哉酝韵 能级袁电子通过 这些缺陷态传输至 粤造 电极袁并且电子迁移率与缺陷 态密度成比例袁而缺陷态密度随着距 月悦孕辕 粤造 界面 的距离的增大而呈指数减小咱员园暂 援 云燥则则藻泽贼 小组的缺陷 态假设能够很好地解释目前所得的实验现象袁因此 人们在类似的缓冲层研究中均采用这一假设进行 解释咱员员要员缘暂 援 已有的基于 悦怎孕糟 辕 悦远园 结双层光伏电池的研究 结果表明袁月悦孕 作为缓冲层袁可以减轻 悦远园 层在 粤造 电 极制作过程中由于金属原子侵入而引起的导电性 的下降袁相当于减小了有机光伏电池的串联电阻从 而提高了短路电流援 我们认为 月悦孕 在我们制备的器 件中具有缓冲保护 悦远园 层的作用援 插入 月悦孕 缓冲层后袁所制备.

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