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有机光伏二极管的光电子性能研究

作　者: 张光
导　师: 李文连；许武
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 凝聚态物理
关键词: 有机光伏器件太阳能电池紫外探测器激基复合物能量转换效率
分类号: TN31
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在有机电子器件领域中,有机光伏器件以其易于制作、成本低廉、无污染等优点受到了人们的广泛关注。有机光伏器件包括有机太阳能电池和有机光探测器。本论文研究了基于有机光伏器件的结构设计和光物理特性。在有机太阳能电池领域,本论文以传统的只有一个激子分解界面的有机太阳能电池(ITO/CuPc/C60/BCP/LiF/Al)为基本结构,巧妙利用CuPc的双载流子传输特性和其适中的材料能级设计并制备出具有级联式能级结构的双激子分解界面太阳能电池(m-MTDATA/CuPc/C60/LiF/Al),其能量转化效率比传统有机太阳能电池提高了30%,并从理论上证明了该类型器件结构能有效提高器件性能的物理机制。利用CuPc高电子迁移率属性,使其在有机电致发光(OLED)和有机太阳能电池中做电子传输层和激子阻挡层。深入讨论了CuPc对有OLED的发光性能的影响和在光伏器件中产生高开路电压的原因,发现CuPc除了本身具有的优良材料属性外,其与Al电极的相互作用也是影响器件性能的一个重要原因。紫外探测器件方面,本论文设计并制备了基于有机紫外探测器的平面异质结有机光探测器件,在365nm紫外光辐照下其能量转换效率接近10 %;其体异质结器件具有强的激基复合物电致发光性能,在4伏反偏电压下的探测响应度达到135毫安/瓦。通过对比这两类器件,分析比较了发光和光伏过程中基激复合物的作用。采用叠层结构利用开路光电压为2.26伏的光伏器件,首次制备了具有4.34伏高开路电压的有机光电转换器件,该器件具有强烈的365nm紫外响应并可以使光信号直接转变为逻辑电信号而无需其它转换电路。巨大的高低电位差和快速的有机器件响应速度使得有机光电子器件的应用领域得到进一步的拓宽。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
绪论  11-13
第一章理论基础与文献回顾  13-37
  1.1 有机半导体基础知识  13-20
    1.1.1 有机半导体的分类和特性  13-14
    1.1.2 有机分子的电子结构  14-15
    1.1.3 分子能级和分子间载流子的传导  15-17
    1.1.4 激子的分类  17-18
    1.1.5 激子能量传输的方式  18-20
  1.2 光伏的基本理论  20-30
    1.2.1 光伏的基础知识  20-23
    1.2.2 有机光伏器件的结构  23-24
    1.2.3 光伏的微观机制  24-26
    1.2.4 光伏的宏观物理表达和物理模型  26-30
  1.3 文献回顾  30-36
    1.3.1 有机光伏二极管的发展历史  30-33
    1.3.2 有机紫外探测器的研究意义和发展历程  33-36
  1.4 本论文的研究内容  36-37
第二章基于酞菁铜双载流子特性的级状能级有机太阳能电池  37-49
  2.1 实验方法和使用材料  40-42
    2.1.1 实验方法  40-41
    2.1.2 实验材料和器件结构  41-42
  2.2 实验结果  42-47
  2.3 小结  47-49
第三章 CUPC 在有机太阳能电池中的作用  49-65
  3.1 OLED 的结构和工作原理  53-56
    3.1.1 OLED 的结构  53
    3.1.2 OLED 的工作原理  53-54
    3.1.3 OLED 的性能参数  54-56
  3.2 CuPc 对有机电致发光效率的提高作用  56-58
    3.2.1 实验材料和实验方法  56-57
    3.2.2 实验结果及讨论  57-58
  3.3 CuPc 对有机太阳能电池性能的提高  58-63
    3.3.1 参比器件的选择  58-59
    3.3.2 实验内容  59-63
  3.4 小结  63-65
第四章兼具激基复合物电致发光的高效有机紫外探测器  65-79
  4.1 相关知识及文献介绍  68-70
  4.2 实验内容  70-76
    4.2.1 实验材料和实验方法  70-71
    4.2.2 器件结构  71
    4.2.3 器件的光伏性能  71-73
    4.2.4 器件的探测器件性能  73-74
    4.2.5 器件的发光性能  74-76
  4.3 小结  76-79
第五章超高开路电压的紫外光伏器件和其在光学编码器上的应用  79-87
  5.1 叠层技术简介  80-81
  5.2 实验内容  81-85
    5.2.1 器件结构  81-82
    5.2.2 器件光伏参数  82-83
    5.2.3 器件在光学编码器上的应用  83-85
  5.3 小结  85-87
第六章结论  87-89
参考文献  89-94
在学期间学术成果情况  94-96
指导教师及作者简介  96-97
致谢  97

有机光伏二极管的光电子性能研究

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