有机太阳电池是目前正在研究的一种新型太阳电池。与无机太阳电池使用的材料相比,有机光电转换材料具有原料来源广泛,材料质量轻,制造成本低,便于大面积制作,机械性能上具有柔性等优点。因此有机太阳电池的研究有利于光伏发电成本的进一步下降,光伏发电的进一步普及。有机太阳电池将来可以作为其他太阳电池的有效补充,有力推动国民经济的发展。本论文主要研究基于CuPc/C60的有机小分子太阳电池,具体介绍了有机小分子太阳电池的相关制备工艺,如:ITO电极设计、电极的光刻制备、ITO表面预处理、有机材料和金属阴极的蒸发镀膜工艺等。以CuPc和C60为施主材料和受主材料,制备了单层肖特基结电池和双层异质结电池。由CuPc和Al形成肖特基结,CuPc吸收光子产生激子,激子在CuPc/Al界面附近分离成电子和空穴;在CuPc和C60界面附近形成了异质结结构,CuPc和C60分别吸收对应光波长的光子形成激子,激子扩散至CuPc/C60界面附近,分离成电子和空穴。制备的单层ITO/CuPc/Al有机小分子肖特基结太阳电池和ITO/CuPc/C60/Al双层有机小分子异质结太阳电池都具有一定的光电转换效率。在对外输出性能上,CuPc/C60异质结电池比CuPc/Al肖特基结电池要优异。光谱响应范围变宽,异质结区的界面态密度降低,载流子在传输过程中的复合几率减少等原因,使得双层异质结电池在短路电流密度、填充因子和转换效率上都得到了提高。在本论文的主要理论章节,推导了两薄膜的界面处光波电矢量的传输矩阵,以及单一薄膜内部光波的传输矩阵。通过光学传输矩阵的方法,本论文分析了CuPc/C60电池内部的光强分布,并画出了结构为:ITO(220nm)/CuPc(20nm)/C60(40nm)/Al(100nm)电池内部两束敏感光线(630nm和450nm光波)的光强分布图。再利用计算光强分布的方法,计算出了在D/A界面两侧各一个激子扩散长度的区域内的“有效”激子产量与CuPc和C60厚度的关系,得到电池的理论优化结构为:ITO(220nm)/CuPc(15nm)/ C60(40 nm)/Al(100 nm)。通过大量实验对以上结果进行了验证,实验结果和理论分析结果在C60厚度上达到了高度的吻合;而在CuPc厚度上存在5nm的误差。在研究过程中进行了多次简化和假设后取得的计算结果与实验结果之间有如此量级的误差也属正常,说明本论文分析的角度和方法、分析过程中的取舍都是比较合理的。在CuPc/C60有机小分子异质结太阳电池的C60和Al界面之间添加一层极薄的LiF绝缘层,可以使电池的输出性能得到大幅度提升。极薄的LiF并没有对器件内部的光强分布产生明显的影响,它对电池性能的提升主要表现在电池的电学性能上。本论文通过MIS结构简要解释了LiF的作用——激子阻挡层和电子输运层(隧穿机制),同时对C60起到一定的保护作用,防止其受到能量较高的Al原子轰击。通过实验探寻了LiF修饰层的优化厚度:当LiF厚度为1.5nm时,电池性能最好;过薄和过厚分别对激子阻挡作用不明显和过度阻挡电子传输。在研究过程中还着重研究了基于CuPc/C60的有机小分子太阳电池的稳定性,包括双层无LiF修饰层的CuPc/C60电池和有LiF阴极修饰层的CuPc/C60电池,提出了合理封装时间的建议。对于无LiF修饰层的CuPc/C60异质结电池,在大气环境下放置一段时间性能会有所提高,其原因应该是在C60和Al界面形成了一层极薄的Al2O3的激子阻挡层,降低了激子在C60和Al界面的复合几率。但是随着Al2O3厚度的增加,激子阻挡层同时也成为了载流子阻挡层,从而造成了器件性能的下降。根据以上情况,建议ITO/CuPc/C60/Al电池制备完成后放置大约一小时,在Al2O3激子阻挡层形成后进行封装。而添加了LiF阴极修饰层后,Al阴极的氧化对于器件来说不再起到积极作用,在LiF和Al表面形成的Al2O3将直接增大绝缘层厚度,阻碍电子的输运,因此添加LiF阴极修饰层的有机太阳电池呈现出直接衰减的形式,并且LiF的致密性没有Al2O3好,从而导致器件衰减较快,鉴于此上两点,建议制备完成后立即封装。由于设备的限制占了很大的影响因素,实验中制备的有机小分子太阳电池性能并不理想。因此本论文的研究重点为对器件的一些物理过程进行简要的解释,或对今后工作提出一些建议,具有初步的指导性意义。