浸渍提拉工艺在有机发光二极管以及聚合物太阳能电池中的应用研究

发布时间：2020-07-24 09:06

【摘要】：有机发光二极管(OLEDs)由于具有广视角、自主发光、低功耗、制程简单以及可柔性等特性,在平板显示以及固态照明领域具有很大的应用前景。经过几十年的研究发展,目前OLEDs在商业领域已经有一定规模的应用,但这些产品基本都是采用真空蒸镀方法制备。但此方法不但需要购置昂贵的设备,而且材料利用率较低,导致其成本居高不下。溶液加工这种简便低廉的制备工艺,在降低OLEDs生产成本方面具有很大优势。目前使用最为广泛的溶液加工工艺是旋涂法,然而旋涂工艺由于材料利用率低,且在大面积制造方面有一定的局限性,因此并不适合大面积OLEDs的制备。浸渍提拉法是一种简单且应用历史悠久的薄膜涂布工艺,在工业生产中有广泛的应用。它材料利用率高、适用多种类型基板且适合大面积生产。本论文中我们研究了浸渍提拉工艺中溶液浓度、提拉速度、以及基板结构等因素对薄膜的厚度以及均匀性的影响。通过优化各种工艺参数,利用浸渍提拉法制备了厚度均匀的PEDOT:PSS以及以PVK:OXD-7为掺杂主体的大面积有机功能薄膜,最终成功制备5英寸的OLEDs背光板,其性能与旋涂法制备的器件一致,且发光均匀性更优。随着全球能源危机的出现,可再生能源如太阳能的研究越来越受重视,这其中有机太能电池,尤其是聚合物太阳能电池由于其在低成本、大批量生产方面的优势备受瞩目。目前聚合物太阳能电池的实验室研究中,最常用的活性层制备方法是旋涂法。但是旋涂工艺由于其自身的局限性,很难在工业上实现批量生产。浸渍提拉法是一种简单且有效的薄膜制备方法,其成膜过程中的溶剂挥发过程完全不同于旋涂法,且在材料利用率以及大面积批量生产方面具有很大优势。我们利用浸渍提拉法制备聚合物太阳能电池,研究了浸渍提拉过程中,溶剂体系以及活性层的干燥条件对电池活性层的形貌、相分离情况以及器件性能的影响。同时与旋涂法制备的器件对比发现,浸渍提拉法制备的活性层,由于其溶剂挥发条件的不同,形成了更多的分散相,不利于光生载流子的传输与取出,降低了器件的性能。倒置结构的聚合物太阳能电池由于其在器件稳定性方面的优势,成了近年来聚合物太能电池研究的热点。在倒置结构的聚合物太阳能电池中,n型金属氧化物如Zn O、Ti Ox等,是最常用作电子传输层,这其中Zn O由于其低功函数、高载流子迁移率以及良好的光学透过性,作为电子传输层的应用最为广泛。目前Zn O薄膜大多是通过溶液加工制备,通过将其前驱体溶液旋涂成膜,然后再高温热处理转化成Zn O,通常热处理温度高达200℃。这不利于聚合物太阳能电池的制备,尤其是柔性电池的制备。因此实现Zn O的低温溶液加工制备非常有必要。我们通过使用水合氧化锌(Zn O·x H2O)溶于氨水制备了Zn O的前驱体溶液,将Zn O的热处理温度降低到了80℃,在以PCDTBT:PC71BM为活性层的倒装器件中,其功率转化效率(PCE)高达6.48%。相比于常用的醋酸锌前躯体制备的Zn O薄膜(热处理温度高达200℃),这种方法制备Zn O薄膜,不仅热处理温度更低,而且性能更优,低达80℃的热处理温度可以使其应用了柔性聚合物太阳能电池的制备。研究分析发现采用这种方法制备的Zn O薄膜表面更加致密平整,且载流子迁移率更高,因此能够大幅提高器件的短路电流以及填充因子,从而提高器件的性能。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN383.1

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本文编号：2768619