發(fā)布時(shí)間：2020-10-17 15:35

　　 摻雜可以提高有機(jī)半導(dǎo)體中的載流子濃度,改變有機(jī)半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)位置以及填補(bǔ)其內(nèi)部的電荷缺陷。在過(guò)去幾十年中,有機(jī)半導(dǎo)體摻雜相關(guān)研究已被廣泛報(bào)道,但有機(jī)半導(dǎo)體摻雜依舊面臨一些問(wèn)題,例如:可溶液制備的n型摻雜劑仍然缺乏、n型摻雜劑往往空氣穩(wěn)定性差、很多摻雜工藝與大面積柔性電子器件的制備工藝不兼容等。針對(duì)這些問(wèn)題,本論文圍繞n型摻雜劑及其在器件中的應(yīng)用、適用于大面積印刷制備的p型摻雜等方面進(jìn)行了探索和研究。首先,發(fā)展1,8-二氮雜二環(huán)十一碳-7-烯(DBU)作為一種有效的n型摻雜劑。通過(guò)將DBU與n型半導(dǎo)體如[6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(PC_(61)BM)和聚(2,7-雙(2-辛基十二烷基)苯并[LMN][3,8]鄰二氮雜菲-1,3,6,8(2H,7H)-四酮-4,9-二基)([2,2’]二噻吩基-5,5’-二基)(N2200)等共混或者將這些半導(dǎo)體材料置于DBU氛圍中,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)上述半導(dǎo)體材料的摻雜。摻雜后的PC_(61)BM薄膜,電導(dǎo)率從原來(lái)的7.80×10~(-8) S cm~(-1)提高到3.62×10~(-4) S cm~(-1);費(fèi)米能級(jí)從-4.8 eV移動(dòng)到-4.4 eV。摻雜后薄膜電導(dǎo)率的提升以及費(fèi)米能級(jí)的變化,將利于半導(dǎo)體器件中電荷的傳輸、提取和收集。其次,探究DBU摻雜PC_(61)BM作為電子傳輸層在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件中的應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)摻雜后的電子傳輸層能夠消除原有器件J-V曲線(xiàn)中存在的“S”形,提升電池的器件性能。優(yōu)化DBU摻雜PC_(61)BM的濃度為0.1 wt.%時(shí),器件性能最佳,電池的效率從10.51%提高到16.69%,其中填充因子從0.54提高到0.76。摻雜后的PC_(61)BM薄膜和Ag之間的勢(shì)壘變小,而且以PC_(61)BM為半導(dǎo)體有源層的晶體管器件也表明摻雜后的PC_(61)BM薄膜電子遷移率有數(shù)量級(jí)的提高,從而造成電池器件性能的變化。另外,摻雜后的PC_(61)BM薄膜含有給電子能力強(qiáng)的DBU,能夠鈍化鈣鈦礦表面的缺陷。而且DBU本身具有較強(qiáng)的還原性,作為添加劑摻入到鈣鈦礦前驅(qū)體液中,能夠抑制鈣鈦礦薄膜中產(chǎn)生碘單質(zhì)缺陷,提升鈣鈦礦電池的效率和穩(wěn)定性。最后,采用磷鉬酸(PMA)異丙醇溶液浸泡非富勒烯活性層(PTB7-Th:IEICO-4F)制備了無(wú)蒸鍍MoO_3空穴傳輸層的反式非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池,器件效率達(dá)到11.37%。在浸泡過(guò)程中,PMA分子會(huì)逐步滲透到薄膜內(nèi),薄膜中的聚合物給體PTB7-Th會(huì)被氧化,進(jìn)而誘導(dǎo)薄膜表面產(chǎn)生p型摻雜。摻雜后的PTB7-Th電導(dǎo)率提高,費(fèi)米能級(jí)變深,從而促進(jìn)器件中空穴的提取。由于這種浸泡技術(shù)可以避免器件制備過(guò)程中蒸鍍MoO_3空穴傳輸層,因此可直接在PMA浸泡后的活性層表面通過(guò)轉(zhuǎn)印或狹縫涂布技術(shù)印刷高導(dǎo)電性的聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作為頂電極,進(jìn)一步制備出了效率達(dá)10.37%的可印刷非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN304.5;TM914.4
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 n型摻雜劑
    1.3 p型摻雜劑
    1.4 太陽(yáng)能電池概述
    1.5 本論文的研究思路與工作內(nèi)容
2 n型摻雜劑DBU的性質(zhì)探究
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)部分
    2.3 DBU的還原性及摻雜作用
61BM的機(jī)理'>    2.4 DBU摻雜PC₆₁BM的機(jī)理
    2.5 DBU及 PEI和非富勒烯受體ITIC之間的相互作用
    2.6 本章小結(jié)
61BM在鈣鈦礦電池器件中的應(yīng)用研究'>3 DBU摻雜PC₆₁BM在鈣鈦礦電池器件中的應(yīng)用研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
61BM作為電子傳輸層的鈣鈦礦電池'>    3.3 DBU摻雜PC₆₁BM作為電子傳輸層的鈣鈦礦電池
61BM電子傳輸層的電荷注入及遷移率變化'>    3.4 DBU摻雜PC₆₁BM電子傳輸層的電荷注入及遷移率變化
61BM傳輸層對(duì)于鈣鈦礦層的鈍化作用'>    3.5 DBU摻雜PC₆₁BM傳輸層對(duì)于鈣鈦礦層的鈍化作用
    3.6 DBU抑制鈣鈦礦薄膜產(chǎn)生碘單質(zhì)缺陷
    3.7 本章小結(jié)
4 PMA對(duì)非富勒烯活性層表面p摻雜用于可印刷有機(jī)太陽(yáng)能電池的研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
    4.3 PMA摻雜PTB7-Th行為分析
    4.4 基于PMA摻雜的非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池性能
    4.5 基于PMA摻雜的可印刷非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池性能
    4.6 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 全文研究?jī)?nèi)容總結(jié)
    5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    5.3 研究展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀博士學(xué)位期間主要研究成果
附錄2 英文縮略語(yǔ)對(duì)照表

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本文編號(hào)：2844983