叠层透明导电薄膜的制备及其性能研究

发布时间：2017-09-19 09:06

  本文关键词：叠层透明导电薄膜的制备及其性能研究

  更多相关文章： 透明导电薄膜 有机太阳能电池 功函数 室温制备 柔性

【摘要】：柔性透明有机光电器件(柔性透明有机发光二极管和柔性透明有机太阳能电池)在我们日常生活有广阔的应用前景。其关键组成之一就是性能优异(低电阻、高透过率、耐弯折等)的柔性透明底电极和顶电极(阴极和阳极),且要求顶电极的制备不能破坏器件的有机活性层。迄今为止,应用最广泛的透明电极材料为铟锡氧化物(ITO),但ITO中的铟元素在自然界中的含量少、价格高,且ITO质地脆、不耐弯折,制备条件苛刻,已不能满足柔性透明光电器件的要求。因此,研制出替代ITO的新型高性能的透明导电薄膜有着重要的意义和价值。近年来,介质/金属/介质(DMD)叠层透明导电薄膜受到人们的广泛关注,它可在室温下制备、成本低、柔韧性好、导电性高、选材范围广,是一种较为理想的柔性透明电极,在有机光电器件的应用中展现出了一定的潜力。面向透明柔性光电器件的要求,目前具有高柔韧性、高湿热稳定性、功函数可调的DMD电极还比较缺乏。考虑到介质材料的性质对DMD电极的透过率、功函数、界面特性等有重要的影响,本论文选取几种介质材料(Ni O、Sn Ox、Bi2O3)和金属Ag膜构筑DMD电极,通过优化各层的厚度,获得高性能的阳极和阴极,并进一步探索其在有机太阳能电池(OPVs)中的应用。具体研究内容如下:(1)首次利用Ni O作为介质材料,Ag为金属层,用电子束蒸发方法制备了高性能的叠层透明导电薄膜Ni O/Ag/Ni O(NAN),其最大透过率为82%(590nm),面电阻7.6Ω·sq-1,功函数4.7 e V,表面粗糙度1.73 nm。NAN电极不仅具有良好的透过率、高的电导率和平整度,同时还具有优异的环境稳定性和湿热稳定性。我们以NAN为阳极,PEDOT:PSS作为阳极界面缓冲层,制备了OPV器件,其性能可以与ITO/PEDOT:PSS为阳极的标准器件相媲美(5.20%vs.5.76%)。(2)在PET衬底上,制备了高柔韧性、高稳定性的PET/NAN柔性电极,并进一步采用紫外臭氧(UVO)辐照方式,显著提高了NAN电极的功函数(从4.7 e V到5.3 e V),在不加PEDOT:PSS阳极界面缓冲层的情况下,制备的柔性OPV器件效率高达5.55%,其性能优于PET/ITO/PEDOT:PSS为阳极的标准器件性能(4.42%)。此外,以NAN为电极的柔性太阳能电池展现了很好的耐弯折性,在弯折1000次后,效率依然保持70%以上。(3)我们用末端离子源辅助的电子束热蒸发法制备了Sn Ox/Ag/Sn Ox(SAS)叠层透明导电薄膜,其最大透过率为88%(600 nm),面电阻为9.3Ω·sq-1,功函数为4.7 e V,表面粗糙度仅为1.00 nm。我们以SAS为阴极,Zn O作为阴极界面缓冲层制备的OPV器件效率为5.95%,其性能几乎可以于ITO/Zn O为阴极的标准器件效率(6.39%)相媲美。(4)我们用超薄Bi2O3修饰SAS,制备SASB叠层透明导电膜。发现厚度为1 nm的Bi2O3修饰层,不会影响SAS电极的透过率和导电性,但可以显著降低SAS电极的功函数(从4.7 e V到4.2 e V)。采用SASB为阴极制备的OPV器件效率达6.21%,其性能可以与采用ITO/Zn O为阴极的标准器件相媲美(6.58%)。
【关键词】：透明导电薄膜 有机太阳能电池 功函数 室温制备 柔性
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O484.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-37
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 透明导电薄膜的分类及特性12-20
• 1.2.1 单层透明导电薄膜13-19
• 1.2.2 叠层透明导电薄膜19-20
• 1.3 界面对叠层透明导电薄膜性能的影响20-22
• 1.3.1 界面对叠层透明导电薄膜稳定性的影响21-22
• 1.3.2 界面对叠层透明导电薄膜光电性能的影响22
• 1.4 透明导电薄膜的应用22-30
• 1.5 叠层透明导电薄膜的研究现状30-34
• 1.6 本论文的主要工作及创新点34-37
• 第2章 新型高性能NiO/Ag/NiO叠层透明导电薄膜的制备及其在有机太阳能电池上的应用37-65
• 2.1 引言37-39
• 2.2 实验方法39-41
• 2.2.1 NAN叠层透明导电薄膜的制备与性能测试39
• 2.2.2 以NAN和ITO为阳极的太阳能电池的制备方法与性能测试39-41
• 2.3 结果与讨论41-51
• 2.3.1 NAN薄膜的光学性能41-45
• 2.3.2 NAN薄膜的电学性能及其稳定性45-48
• 2.3.3 NAN薄膜的表面形貌48-49
• 2.3.4 NAN薄膜在有机太阳能电池中的应用49-51
• 2.4 本章小结51-52
• 2.5 引言52-53
• 2.6 实验方法53-54
• 2.7 结果与讨论54-63
• 2.8 本章小结63-65
• 第3章 叠层透明导电薄膜SnO_x/Ag/SnO_x的制备及其在有机太阳能电池中的应用65-96
• 3.1 引言65
• 3.2 实验方法65-67
• 3.2.1 SAS叠层透明导电薄膜的制备与性能测试66
• 3.2.2 以SAS和ITO为阴极的太阳能电池的制备方法与性能测试66-67
• 3.3 结果与讨论67-77
• 3.3.1 SAS薄膜的光学性能67-70
• 3.3.2 SAS薄膜的电学性能70-72
• 3.3.3 SAS薄膜的表面形貌72-73
• 3.3.4 SAS薄膜在有机太阳能电池中的应用73-77
• 3.4 本章小结77-78
• 3.5 引言78-79
• 3.6 实验方法79-80
• 3.6.1 Bi_2O_3界面层以及SASB电极的制备过程及测试方法79-80
• 3.6.2 倒置太阳能电池的制备过程80
• 3.7 结果与讨论80-92
• 3.7.1 Bi_O_3作为阴极界面层在有机太阳能电池中的应用80-82
• 3.7.2 SASB 薄膜的光电性能82-84
• 3.7.3 SASB的表面形貌84-86
• 3.7.4 低功函SASB电极在有机太阳能电池中的应用86-92
• 3.8 本章小结92-93
• 3.9 总结93-94
• 3.10 展望94-96
• 参考文献96-111
• 在学期间学术成果情况111-112
• 指导教师及作者简介112-113
• 致谢11

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 严肃;有机太阳能电池即将产业化[J];中南民族大学学报(自然科学版);2002年04期

2 李炳田,任斌,黄河;有机太阳能电池研究进展[J];中山大学学报(自然科学版);2003年S1期

3 G.Dennler,N.S.Sariciftci;共轭聚合体有机太阳能电池:从基础研究到发展现状(英文)[J];光散射学报;2005年03期

4 张剑锋;;有机太阳能电池的研究进展[J];合肥学院学报(自然科学版);2009年04期

5 ;美评估有机太阳能电池对环境的影响[J];人工晶体学报;2010年05期

6 ;加拿大国家研究理事会研究开发有机太阳能电池[J];中国科技信息;2011年14期

7 杨学良;邓金祥;;有机太阳能电池的研究进展[J];物理;2012年10期

8 ;福建物构所有机太阳能电池材料和器件研究获新进展[J];人工晶体学报;2014年04期

9 代丽;;半月科技要闻[J];科技导报;2007年15期

10 顾锦华;钟志有;何翔;孙奉娄;陈首部;;有机太阳能电池内部串并联电阻对器件光伏性能的影响[J];中南民族大学学报(自然科学版);2009年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 范斌;田清勇;白华;;可溶性小分子有机太阳能电池[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

2 杝隆建;杝正_7;李宜璇;;可挠式有机太阳能电池之发展技术[A];海峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2009年

3 马廷丽;;柔性及叠层薄膜有机太阳能电池研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

4 刘艳;曾庆华;张宪玺;姜建壮;;卟啉、酞菁类有机太阳能电池材料的研究进展[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（下册）[C];2006年

5 陈涛;仰志斌;彭慧胜;;基于碳纳米管纤维的有机太阳能电池[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

6 仰志斌;陈涛;何瑞旋;彭慧胜;;基于取向碳纳米管膜的柔性有机太阳能电池[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

7 张坚;杨栋;周玲玉;陈令成;赵斌;李灿;;化学改性氧化石墨烯作为有机太阳能电池空穴传输层[A];2012年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会（暨第十二届全国高分子液晶态与超分子有序结构学术论文报告）会议论文集[C];2012年

8 赵仪;;有机太阳能电池中的相干电荷和能量转移[A];第十三届全国化学动力学会议报告摘要集[C];2013年

9 詹传郎;姚建年;;傒二酰亚胺聚集结构的调控及其在有机太阳能电池中的应用[A];第十三届全国光化学学术讨论会论文集[C];2013年

10 唐卫华;海杰峰;朱恩伟;卞临沂;;有机太阳能电池用的二维窄带隙聚合物研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题G：光电功能高分子[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 顾钢;德支持企业开发有机太阳能电池[N];科技日报;2007年

2 记者 毛黎;美评估有机太阳能电池对环境的影响[N];科技日报;2010年

3 本报驻美国记者 田学科;突破有机太阳能电池技术瓶颈[N];科技日报;2012年

4 刘霞;控制电子自旋可提高有机太阳能电池的效率[N];科技日报;2013年

5 记者 邰举;叠层型有机太阳能电池接近商用[N];科技日报;2007年

6 本版编辑邋张浩 郑晓春 邓国庆 毛黎 何屹 顾钢 何永晋;2007年世界科技发展回顾(七)[N];科技日报;2008年

7 蔡佳;美国研发可拉伸有机太阳能电池[N];中国建材报;2011年

8 华凌;小分子有机太阳能电池增效50%[N];科技日报;2013年

9 记者 马悍德;青海有机太阳能电池研发获重大进展[N];科技日报;2014年

10 记者 贾明;青海有机太阳能电池研发取得重大进展[N];青海日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 于伟利;电沉积制备聚噻吩有序微结构及有机太阳能电池[D];吉林大学;2009年

2 乔芬;基于聚合物的有机太阳能电池的研制与表征[D];大连理工大学;2010年

3 陈向东;有机太阳能电池中的光物理过程研究[D];合肥工业大学;2010年

4 马朝柱;有机太阳能电池电学模型与数值研究[D];兰州大学;2011年

5 陈丽佳;有机太阳能电池界面过程的研究[D];西南大学;2014年

6 杨倩倩;可溶性小分子方酸菁有机太阳能电池的制备及其性能研究[D];北京交通大学;2015年

7 黄江;有机太阳能电池的电荷转移态等效电路和多重电荷分离界面研究[D];电子科技大学;2012年

8 晋芳铭;有机太阳能电池结构设计与性能改善研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

9 王艳辉;基于微结构提高有机电致发光器件和有机太阳能电池性能的研究[D];吉林大学;2015年

10 杨文超;有机太阳能电池中金属/有机界面物理过程的唯象研究[D];复旦大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 史绍华;有机太阳能电池中电极修饰的研究[D];大连理工大学;2012年

2 范学东;基于三元体系混合物有机太阳能电池的研究[D];北京交通大学;2010年

3 周子游;银纳米颗粒表面等离子体增强有机太阳能电池研究[D];中南大学;2010年

4 刘益江;噻吩衍生物修饰的卟啉化合物的合成及光伏性能[D];湘潭大学;2009年

5 乔琳芳;利用纳米材料的光学特性提高有机太阳能电池效率的研究[D];浙江大学;2011年

6 刘峰;体异质结有机太阳能电池光电性能的研究[D];电子科技大学;2011年

7 张密;阳极修饰对于有机太阳能电池特性影响的研究[D];电子科技大学;2011年

8 苏梦蟾;聚合物有机太阳能电池器件的研究[D];北京交通大学;2007年

9 任斌;有机太阳能电池材料及其器件的研究[D];华南师范大学;2003年

10 邢宏伟;有机太阳能电池的数值研究[D];兰州大学;2008年

，

本文编号：880731