摻雜可以提高有機半導體中的載流子濃度,改變有機半導體的費米能級位置以及填補其內部的電荷缺陷。在過去幾十年中,有機半導體摻雜相關研究已被廣泛報道,但有機半導體摻雜依舊面臨一些問題,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。針對這些問題,本論文圍繞n型摻雜劑及其在器件中的應用、適用于大面積印刷制備的p型摻雜等方面進行了探索和研究。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。通過將DBU與n型半導體如[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體材料置于DBU氛圍中,即可實現(xiàn)對上述半導體材料的摻雜。摻雜后的PC_(61)BM薄膜,電導率從原來的7.80×10~(-8) S cm~(-1)提高到3.62×10~(-4) S cm~(-1);費米能級從-4.8 eV移動到-4.4 eV。摻雜后薄膜電導率的提升以及費米能級的變化,將利于半導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能電池器件中的應用。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,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之間的勢壘變小,而且以PC_(61)BM為半導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的DBU,能夠鈍化鈣鈦礦表面的缺陷。而且DBU本身具有較強的還原性,作為添加劑摻入到鈣鈦礦前驅體液中,能夠抑制鈣鈦礦薄膜中產生碘單質缺陷,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)制備了無蒸鍍MoO_3空穴傳輸層的反式非富勒烯有機太陽能電池,器件效率達到11.37%。在浸泡過程中,PMA分子會逐步滲透到薄膜內,薄膜中的聚合物給體PTB7-Th會被氧化,進而誘導薄膜表面產生p型摻雜。摻雜后的PTB7-Th電導率提高,費米能級變深,從而促進器件中空穴的提取。由于這種浸泡技術可以避免器件制備過程中蒸鍍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轉印或狹縫涂布技術印刷高導電性的聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作為頂電極,進一步制備出了效率達10.37%的可印刷非富勒烯有機太陽能電池。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：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 太陽能電池概述
    1.5 本論文的研究思路與工作內容
2 n型摻雜劑DBU的性質探究
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
    2.3 DBU的還原性及摻雜作用
61BM的機理'>    2.4 DBU摻雜PC₆₁BM的機理
    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
61BM在鈣鈦礦電池器件中的應用研究'>3 DBU摻雜PC₆₁BM在鈣鈦礦電池器件中的應用研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
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傳輸層對于鈣鈦礦層的鈍化作用'>    3.5 DBU摻雜PC₆₁BM傳輸層對于鈣鈦礦層的鈍化作用
    3.6 DBU抑制鈣鈦礦薄膜產生碘單質缺陷
    3.7 本章小結
4 PMA對非富勒烯活性層表面p摻雜用于可印刷有機太陽能電池的研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
    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太陽能電池性能
    4.5 基于PMA摻雜的可印刷非富勒烯有機太陽能電池性能
    4.6 本章小結
5 結論與展望
    5.1 全文研究內容總結
    5.2 主要創(chuàng)新點
    5.3 研究展望
致謝
參考文獻
附錄1 攻讀博士學位期間主要研究成果
附錄2 英文縮略語對照表

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本文編號：2844983