镀膜法改善有机薄膜太阳能电池光学性能

有机活性材料的低载流子迁移率使得有机光伏电池的电极收集到的电荷较少。增加活性层光吸收能够增加激子的产生数从而增加电极收集到的电荷,提升器件的性能。通过对器件模拟的方法,研究以P3HT：PCBM为活性层的薄膜太阳能电池的光学性能。 在此基础上,提出采用镀多层高反射膜的方法改善电池器件的光学性能。结果表明：活性层厚度对电池器件的光吸收起到主导作用;镀多层高反射膜在活性层厚度小于160 nm、Ag厚度小于20 nm时能大幅度改善电池器件的光学性能,光生激子总数随活性层厚度的增加而迅速增多,并且在活性层厚度约为150 nm时为一个最佳值。     

TCTA对红绿磷光有机电致发光器件发光层激子的调控作用

制备了结构为ITO/MoO3(50 nm)/NPB(40 nm)/TCTA(10 nm)/CBP:14%GIr1(30 nm)/TCTA(x)/CBP:2%R-4B(10 nm)/BCP(10 nm)/Alq3(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm)的红绿磷光有机电致发光器件,GIr1和R-4B分别为红、绿磷光染料。通过在红绿间插入较薄间隔层TCTA的方法,调节载流子、激子在红绿发光层中的分布,并结合TCTA和BCP对发光层内载流子和激子的有效阻挡作用,研究了载流子调控层TCTA在不同厚度下对器件发光性能的影响。结果表明,TCTA为1 nm时,器件的发光性能得到了很好的提升。电压为6 V时,TCTA为1 nm器件的电流密度、亮度、最大电流效率分别为0.509 mA/cm2、69.91 cd/m2和13.72 cd/A,而TCTA为0 nm器件的电流密度、亮度、最大电流效率分别为1.848 mA/cm2、215.7 cd/m2和11.67 cd/A。     

具有Au/MoO_3空穴注入层的有机发光二极管

研究了单层MoO3(5nm)和复合Au(4nm)/MoO3(5nm)HILs对OLEDs器件性能的影响,器件结构为ITO/HIL/NPB(40nm)/Alq3(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。与单层MoO3HIL的器件相比,具有复合Au/MoO3HIL的器件具有较大的电流和亮度。这是由于Au的功函数介于ITO和MoO3之间,导致Au的引入提高了空穴的注入效率。     

TiO2光学间隔层增强聚合物太阳能电池光吸收的分析

基于共轭聚合物给体材料聚3-己基噻吩（P3HT）和富勒烯衍生物受体材料（6,6）-苯基-C61（PCBM）共混的体异质结结构的聚合物太阳能电池因其空穴载流子迁移率低而限制了P3HT:PCBM功能层厚度,从而影响了器件对入射光的吸收、在聚合物功能层和反射电极间插入TiO₂光学间隔层可以使器件内电场重新分布并改善器件的光吸收.基于薄膜传递矩阵法计算了不同的P3HT:PCBM功能层厚度和TiO₂插入层厚度的器件内光电场和光吸收.理论分析证明:器件结构为铟锡氧化物（ITO）（100 nm）/聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS（40 nm）/P3HT:PCBM/TiO₂/LiF（1 nm）/Al（120 nm）时,插入10 nm厚的TiO₂膜层可以使器件的聚合物功能层厚度在减薄25 nm的同时增加16.3%的光子吸收数,并且不明显降低功能层的激子分离概率,即功能层和TiO₂光学间隔层厚度分别约为75和10 nm时的器件性能为宜,此结果通过器件性能实验得以证实.     

基于MoO_3/Au/MoO_3透明电极的有机太阳能电池

以透明导电薄膜Mo O3/Au/Mo O3代替铟锡氧化物(ITO)作为有机太阳能电池(OSCs)的阳极,研究了一系列结构为Mo O3/Au/Mo O3的透明电极和Mo O3(y nm)/Au(x nm)/Mo O3(y nm)/Cu Pc(25 nm)/C60(40nm)/BCP(8 nm)/Al(100 nm)的有机太阳能电池。研究表明,Mo O3/Au/Mo O3电极的光电特性可通过改变各层薄膜厚度加以调控,在Mo O3薄膜厚度为40 nm、Au薄膜厚度为10 nm时性能最优,且以该薄膜为电极的有机太阳能电池器件的性能接近于电极为ITO的有机太阳能电池器件。     

PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C70器件性能的影响

制备了结构为ITO/MoO₃(6 nm)/Rubrene (30 nm)/C₇₀ (30 nm)/PTCBI(x nm)/Al (150 nm)器件, 研究了四羧基苝的衍生物PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C₇₀有机太阳能电池的作用. 实验结果显示, 在C₇₀与Al电极之间插入PTCBI 后, 电池性能得到明显改善; 分析表明, 插入PTCBI后, 活性层与阴极形成了良好的欧姆接触, 提高了器件的内建电场, 同时PTCBI避免了激子与Al电极的接触, 减少了在制备过程中高动能Al对C₇₀的破坏. 进一步考察了PTCBI厚度对电池的性能的影响, 结果显示, 厚度为6 nm的PTCBI 层器件性能最佳, 其开路电压(V_OC)、填充因子(FF)、短路电流密度(J_SC)与功率转换效率(ηP)与未插入PTCBI修饰层的器件相比分别提高了70.4%, 55.5%, 125.1%, 292.2%. 当PTCBI的厚度大于6 nm时, 激子解离后产生的自由电子会在PTCBI与阴极界面积累, 导致器件J-V曲线出现S形.     

用C60为空穴缓冲层的高效率有机电致发光器件

以富勒烯C60作为空穴注入缓冲层，在结构为ITO／C60／TPD／Alq3/LiF/Al的器件中，改善了器件的发光效率。研究了C60厚度对器件发光特性的影响。当C60厚度为1.6nm时，器件发光效率最高。在电流密度为100mA/cm^2时，该器件的效率比没有缓冲层的器件提高近一倍。     

电极对CuPc/C60双层异质结有机太阳能电池光学性能的影响

采用传输矩阵法的光学模型以及MATLAB软件模拟了电极对CuPc/C₆₀双层异质结有机太阳能电池光学性能的影响。模拟结果表明:当把微腔结构引入到双层异质结电池时,对于入射电极,发现活性层的吸光率主要受其反射相移的影响而非其透射率,并且通过变化入射电极相移调节层到合适厚度可以使活性层吸光率相比于传统器件增加很多;而当把正负折射率交替的光子晶体引入到电池中作为背电极时,发现活性层的吸光率和背电极反射率、反射相移都有很大关系,在获得高反射率的同时可以通过调节背电极厚度从而使活性层在整个吸收光谱内的吸光率大于传统器件。     

基于金颗粒自组装烷基硫醇为缓冲层的有机太阳能电池

有机活性层和无机电极的界面修饰影响到有机太阳能电池性能。本文引入金纳米颗粒自组装烷基硫醇,改善有机/无机的界面。制备“ITO/金颗粒-硫醇自组装缓冲层/聚3-己基噻吩(P3HT)∶[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)/LiF/Al电极”结构的器件。自组装硫醇防止了因金颗粒与活性层直接接触导致的激子猝灭效应。我们研究了金纳米颗粒自组装不同链长的烷基硫醇对器件性能的影响,烷基硫醇的烷基链越长,硫醇对金颗粒的覆盖性越好,器件的短路电流越高。金纳米颗粒自组装十二烷基硫醇,短路电流J_SC由5.19 mA·cm-2提升到6.24 mA·cm-2,提高了20%。     

MoO3为缓冲层的高效非掺杂蓝色有机发光二极管

以典型蓝色发光材料-联苯乙烯衍生物(4,4’-bis(2,2’-diphenylvinyl) -1,1’-biphenyl,DPVBi)为发光层,采用MoO3为阳极缓冲层制备了结构简单的非掺杂型蓝色有机电致发光器件.在电流密度为20 mA/cm2、MoO3缓冲层厚度为0.5 nm对器件效率约为无缓冲层器件效率的18倍,...     

BPhen作为发光层间隔层对黄光OLED的影响

使用R-4B和GIrl作为磷光掺杂剂、CBP为主体、BPhen为发光层间隔层,制备了包含红、绿双发光层的黄色磷光OLED器件。器件结构为ITO/Mo O3(40 nm)/NPB(40 nm)/TCTA(10 nm)/CBP∶GIrl(14%)(20nm)/BPhen(x nm)/CBP∶R-4B(6%)(10 nm)/BCP(10 nm)/Alq3(40 nm)/Li F(1 nm)/Al(1 000 nm)。BPhen位于两发光层之间,具有调节载流子复合的功能,其中x为BPhen的厚度。通过调整x的值,研究了BPhen厚度对OLED器件发光性能的影响。实验结果表明,适当厚度的BPhen层可以提高器件的发光亮度和电流效率。BPhen厚度为6 nm的器件性能最佳,16 V驱动电压下的器件亮度最高可达11 270 cd/m2,最大电流效率为24.35 cd/A,而且绿光和红光波峰强度相近,黄光颜色纯正,色坐标趋近于(0.5,0.5)。     

间隔层对红绿磷光有机电致发光器件发光性能的影响

制备了结构为ITO/MoO₃(40 nm)/NPB(40 nm)/TCTA(10 nm)/CBP∶GIr1(14%)∶R-4B(2%)(20 nm) /间隔层(3 nm)/ CBP∶GIr1(14%)∶R-4B(2%)(10 nm)/BCP(10 nm)/Alq₃(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(100 nm) 的有机电致发光器件,间隔层分别为CBP,TCTA,TPBI和BCP,GIr1和R-4B分别为绿红磷光材料。通过加入不同间隔层来调控载流子和激子在发光层内的分布并研究了其对器件发光性能的影响。研究表明TCTA,TPBI和BCP分别作为间隔层的器件较CBP为间隔层的参考器件,电压为6 V时,电流效率分别高出59%,79%和93%,以BCP为间隔层的器件效率最高达到22.58 cd·A-1;TPBI和BCP为间隔层相对于以TCTA为间隔层的器件,在较高的电流密度下,效率滚降更小。分析原因TCTA间隔层较高的LUMO能级和三线态能量将电子和激子限制在较窄的复合区域,提高了载流子相遇形成激子的概率,在较高电流密度下猝灭也更严重;TPBI和BCP由于具有较高的HOMO能级和电子传输能力,拓宽了激子的复合区域。间隔层引起电子或空穴的累积,形成较高的空间电场,有利于发光层相应载流子的注入与传输。由于发光层掺杂方式为红绿共掺,器件均获得了较好的色坐标稳定性。     

缓冲层提高有机聚合物光伏电池性能研究

在分析有机聚合物复合体光伏电池机理及等效电路模型基础上,研究了界面旋涂缓冲层对聚合物给体/受体复合体结构光伏器件性能的影响.制备了基于P3HT/PCBM的给体 受体复合体薄膜有机光伏电池,并分别在有机活性层和ITO基底之间以及有机活性层和电极之间插入TFB和F8BT缓冲层.实验证明：在ITO和活性层之间旋涂TFB作为阳极缓冲层,可增加有机聚合物光伏器件的短路电流,在活性层和电极之间插入F8BT作为阴极缓冲层,可增大光伏器件的开路电压,提高器件的转换效率.     

激基复合物给体作间隔层对激子复合区域的调节

为研究激基复合物器件激子复合区域的变化,在TPD/BPhen界面可形成激基复合物发光的基础上,以Ir(pq)2(acac)为探测层,制备器件ITO/Mo O_3(2.5 nm)/TPD((40-x)nm)/Ir(pq)2(acac)(0.5 nm)/TPD(x,x=0,3,6,10 nm)/BPhen(40 nm)/Cs2CO_3/Al,其中靠近BPhen的TPD称之为间隔层。电致发光光谱表明,该组器件的激子复合区域主要位于Ir(pq)2(acac)薄层和TPD/BPhen界面,分别发射595 nm和478 nm的光。随着TPD间隔层厚度的增加和电压的升高,发光区域向激基复合物区域(TPD/BPhen界面)移动,即更多的电子和空穴在TPD/BPhen界面形成激基复合物发光,Ir(pq)2(acac)发光减弱。当间隔层厚度由0 nm增至10nm时,6 V电压下的Ir(pq)2(acac)和激基复合物发光强度的比值由44降至1.5。对于间隔层厚度为6 nm的器件,Ir(pq)2(acac)和激基复合物发光强度的比值由6 V时的2.8降至10 V时的1.0。由此可见,激基复合物给体作间隔层能有效调节激子复合区域。     

基于低维相变薄膜的显示器件光学性质的研究

采用传输矩阵模型研究了基于低维相变薄膜的显示器件的光学特性与器件结构的关系。显示器件的类型有反射型和透射型,器件结构的关键参数包括Ge_2Sb_2Te_5(GST)层的厚度、ITO层的厚度、GST层的晶态与非晶态的变化。结果表明:对于反射型器件,ITO层的厚度对器件的反射光谱影响较大,可以通过改变ITO层的厚度达到改变器件颜色的效果;GST层的厚度为12 nm时,GST的晶态与非晶态的变化使器件有最好的颜色对比度且消耗较低的电功率。对于透射型器件,通过使用超薄的GST薄膜,器件的透明度可以保持很高,器件的透明度在GST的厚度超过几纳米后迅速下降。     

衬底加热和电极修饰对提高有机场效应晶体管性能的影响

通过衬底加热和氧化钼(MoO3)修饰源漏极制备了并五苯有机场效应晶体管.研究了衬底温度和电极修饰层厚度对器件性能的影响.实验结果表明:当衬底温度为60℃、MoO3修饰层为10 nm时,器件性能获得了显著增强,场效应迁移率由原来的3.39×10-3 cm2/(V·s)提高到2.25 ×10-1 cm2/(V·s),阈值电压由12 V降低到3V.器件性能的改善归因于:衬底加热可以优化有源层形貌,改善载流子传输;而MoO3修饰层显著降低了电极与有源层之间的接触势垒,提高了载流子的注入.因此,衬底加热与电极修饰对于制备高性能有机场效应晶体管是不可或缺的优化手段.     

ZnS作为空穴缓冲层的新型有机发光二极管

采用磁控溅射方法在ITO表面沉积了不同厚度的ZnS超薄膜作为有机发光二极管(OLEDs)的缓冲层,使典型结构(ITO/TPD/Alq3/Al)的OLEDs的发光性能得到改善。ZnS缓冲层厚度对器件性能影响的实验结果表明,当ZnS缓冲层厚度为5nm时,器件电流密度提高了近2倍,亮度提高了2倍;当ZnS缓冲层厚度为10nm时,器件发光的电流效率提高18%,器件的性能得到改善。宽禁带的ZnS缓冲层对空穴从阳极到有机功能层的注入有阻碍作用,促进器件载流子平衡,提高了器件发光效率,改善了器件性能。     

衬底温度对ITO薄膜及黑硅SIS型太阳电池性能影响

结合反应离子刻蚀法和掩膜法在n型硅片表面制备出圆锥状结构黑硅,利用湿法氧化法在硅片表面氧化出一层超薄SiOx,采用磁控溅射法在其表面沉积一层掺锡氧化铟(IndiumTinOxide,ITO)薄膜,在黑硅衬底上制备出ITO/SiOx/n-Si太阳电池。通过硅片表面纳米结构,增加光吸收,进而提高电池转化效率。研究结果表明,在不同衬底温度下沉积ITO时,薄膜都呈现出了良好的光学和电学性能.250℃时,ITO薄膜性能最优,在400~1 000nm波长范围内,平均透过率达到93.1%,并展现出优异的电学性能.通过优化H_2O_2预处理时间,减小了SiOx层中氧空位缺陷,SIS电池短路电流得到明显提高,从未处理前的26.84mA/cm2提升到经H_2O_2处理15min后的34.31mA/cm2.此时,电池性能最优,转化效率达到3.61%.     

倒置异质结有机太阳能电池的电子传输层

制备了结构为ITO/BCP或Alq3(x=0,2,6,10,20,40 nm)/C60(50 nm)/Rubrene(50 nm)/MoO3(5nm)/Al(130 nm)的倒置异质结有机太阳能电池,其中BCP或Alq3作电子传输层。实验结果表明:当BCP或Alq3≤6 nm时,器件性能随电子传输层厚度的变化不大;当BCP或Alq3≥10 nm时,随电子传输层厚度的增加,含Alq3器件的性能衰减很快,含BCP器件的性能衰减相对较慢,且其开路电压保持不变。分析表明:当电子传输层较薄时,粗糙的ITO使电子较容易从C60注入到ITO;当电子传输层较厚时,BCP/C60之间的能带弯曲使二者之间几乎不存在势垒,含BCP器件性能较差主要源于BCP较差的电子迁移率,而含Alq3器件性能较差主要源于Alq3/C60之间的势垒。     

不同厚度红色有机微腔电致发光器件性能研究

设计并制作了三个不同厚度的红色有机微腔电致发光器件,器件结构是:Glass/DBR/ITO(厚度分别为150,182,196nm)/NPB(82nm)/DCM-Alq3(71nm)/Mg-Ag(70nm)。实验结果表明,随着氧化铟锡(ITO)的厚度增加,导致整个微腔器件的腔长度增加,器件的谐振模式(发光峰值)改变,由604nm红移到640nm最后到656nm。CIE色坐标由(0.52,0.48)变至(0.61,0.37)至(0.61,0.38),色纯度逐渐提高。性能较好的是ITO厚度为150nm的微腔器件,中心波长位于604nm处,最大亮度达到32008cd/m2,最大电流效率为3.15cd/A。这表明ITO厚度对微腔有机电致发光器件的发光性能有着很大影响。