《用場發射顯微鏡研究有機太陽能電池中異質結電學特性》是依託北京大學，由邢英傑擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：用場發射顯微鏡研究有機太陽能電池中異質結電學特性
- 項目負責人：邢英傑
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
有機太陽能電池是一種利用有機半導體材料吸收太陽光產生電能的新型器件，其中p型/n型半導體之間的異質結被認為是提高器件光電轉換效率的關鍵因素，但是關於異質結對有機太陽能電池中載流子輸運的影響目前還有爭議。本課題計畫研究幾種典型有機太陽能電池器件中異質結（如CuPc/C60，ZnPc/C60，P3HT/C60）的電學特性，分析與無機半導體異質結不同的有機半導體異質結的特點。我們計畫製作有機半導體異質結場發射樣品，利用場發射電流與樣品表面逸出功的關係，使用場發射顯微鏡測量不同異質結樣品的場發射特性，分析異質結界面附近材料能帶結構的變化，研究接觸勢壘高度、寬度與材料性質、外加偏壓的關係，揭示有機半導體異質結所對應的器件特性，闡明有機半導體異質結與有機太陽能電池器件整流特性的關係。
結題摘要
與傳統無機半導體太陽能電池相比，小分子有機太陽能電池是一種典型的激子型太陽能電池，一般認為其內部p型半導體和n型半導體之間的異質結界面的主要作用是分離光生激子產生載流子。對於這個界面是否同時產生內建電場的問題，目前並沒有得到深入研究，多數文獻假設無內建電場，認為界面附近載流子主要靠擴散機制輸運。有機半導體異質結是許多有機電子器件的核心組成部分，內建電場存在與否對界面附近載流子輸運機制和器件性能的影響很大，利用合適的內建電場可以改善異質結界面附近的載流子輸運進而最佳化器件性能。為了研究有機半導體異質結內部的內建電場問題，我們提出了一種新方法來測量異質結界面附近的能帶彎曲。我們使用一套熱蒸發-場發射專用設備，在超高真空中原位製備並測量一系列不同頂層膜厚的有機異質結針尖樣品的場發射特性，利用場發射電流對樣品表面功函式的敏感依賴關係來探測功函式與異質結中頂層膜厚的關係。我們以一種常見的有機半導體異質結ZnPc/C60為研究對象，用場發射方法研究了在ZnPc基底上不同厚度C60薄膜和在C60基底上不同厚度ZnPc薄膜的場發射特性的變化。我們發現在ZnPc基底上沉積C60薄膜時，樣品頂端功函式隨著C60薄膜的厚度增加而變大，與此相反，當在C60基底上沉積ZnPc薄膜時，樣品頂端功函式隨著C60薄膜的厚度增加而減小。根據這個實驗結果，我們推測ZnPc/C60異質結中電子由ZnPc轉移至C60一側，異質結界面附近存在著能帶彎曲和內建電場。目前我們正在改進實驗方法，希望可以得到更精確的能帶彎曲變化值。這個實驗結果與文獻中用UPS方法測量ZnPc/C60異質結能帶變化的結果一致，說明通過場發射實驗測量能帶彎曲的思路是完全可行的。這部分工作在國際上並未見到相關報導，具有創新性。我們還發現用波長為254納米的紫外光照射是一種有效的改善PEDOT:PSS薄膜電學性質的方法。在紫外光照射一段時間後，我們發現PEDOT:PSS薄膜的電導率提高了四個數量級，比文獻報導的最高值還要好。我們分析了PEDOT:PSS薄膜電導率提高的機理，認為紫外光照射導致的PSS光交聯增加了PEDOT顆粒的連線，減少了載流子輸運的障礙。我們還用場發射方法研究了在紫外光處理時周圍環境對PEDOT:PSS薄膜功函式變化的影響。
