真空蒸发法制备酞菁铜薄膜及其太阳能电池的初步研究

• 作 者: 张瑜
• 机 构: 上海大学
• 出 处: 上海大学
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 真空蒸发法 酞菁铜薄膜 太阳能电池 有机光电半导体材料 电学性能

有机薄膜太阳电池一般以有机小分子或聚合物薄膜作为吸收层，因其材料来源广泛、成本低廉、适合大面积生产等优势，受到许多国家及研究机构的关注。有机太阳电池很有希望成为传统硅太阳电池的替代品。
由于酞菁铜(CuPc)是一种重要的有机光电半导体材料，因此本文选择它作为有机太阳电池的吸收层材料。为了研究薄膜对有机太阳电池的影响，本论文对真空蒸发法制备的CuPc薄膜进行X射线衍射(XRD)、AFM、Raman光谱、紫外-可见光谱，I-V测试等一系列表征，研究其晶体结构、光学性能和电学性能。制备了ITO/CuPc/Al有机太阳能电池，改变其有机层厚度，衬底温度，研究器件性能。同时，采用BCP、Alq3和LiF作为缓冲层，研究其对该器件性能的影响。研究工作主要获得了以下结果：
1.本次实验采用真空蒸发的方法制备CuPc薄膜。其X射线衍射最高峰位于2θ=6.8°处，对应(200)晶面，从XRD图的结果表明，随着衬底温度的升高，CuPc的定向生长变好。AFM、拉曼光谱与XRD有相同的实验结果就是随着衬底温度的升高，膜层均匀性越好，结晶度越好。
2.在紫外可见光谱中，增加薄膜的厚度将使光谱的吸收增加，从薄膜的光敏性测试中，衬底为373K时CuPc薄膜的光敏性最好，光暗电导比达到3.1。
3.改变有机层CuPc薄膜的厚度从30nm到130nm，随着薄膜厚度的增加，薄膜吸收增强，短路电流和开路电压都逐渐增加。由实验结果表明，当厚度达到110nm时，短路电流从0.026mA/cm2增加到0.072mA/cm2。开路电压从120mV增加到250mV。但是超过这个厚度后，短路电流不再增加。
4.增加有机层的衬底温度时，开路电压和短路电流都增加，但当衬底温度达到373K后，继续增加衬底温度，将使电池的效率下降。加了缓冲层BCP和Alq3后，对该器件效率的提高有所帮助。但是对于LiF为缓冲层时，在没有优化薄膜厚度的条件下，发现其没有起到明显的改善效率。