论文部分内容阅读
柔性透明有机光电器件(柔性透明有机发光二极管和柔性透明有机太阳能电池)在我们日常生活有广阔的应用前景。其关键组成之一就是性能优异(低电阻、高透过率、耐弯折等)的柔性透明底电极和顶电极(阴极和阳极),且要求顶电极的制备不能破坏器件的有机活性层。迄今为止,应用最广泛的透明电极材料为铟锡氧化物(ITO),但ITO中的铟元素在自然界中的含量少、价格高,且ITO质地脆、不耐弯折,制备条件苛刻,已不能满足柔性透明光电器件的要求。因此,研制出替代ITO的新型高性能的透明导电薄膜有着重要的意义和价值。近年来,介质/金属/介质(DMD)叠层透明导电薄膜受到人们的广泛关注,它可在室温下制备、成本低、柔韧性好、导电性高、选材范围广,是一种较为理想的柔性透明电极,在有机光电器件的应用中展现出了一定的潜力。面向透明柔性光电器件的要求,目前具有高柔韧性、高湿热稳定性、功函数可调的DMD电极还比较缺乏。考虑到介质材料的性质对DMD电极的透过率、功函数、界面特性等有重要的影响,本论文选取几种介质材料(Ni O、Sn Ox、Bi2O3)和金属Ag膜构筑DMD电极,通过优化各层的厚度,获得高性能的阳极和阴极,并进一步探索其在有机太阳能电池(OPVs)中的应用。具体研究内容如下:(1)首次利用Ni O作为介质材料,Ag为金属层,用电子束蒸发方法制备了高性能的叠层透明导电薄膜Ni O/Ag/Ni O(NAN),其最大透过率为82%(590nm),面电阻7.6Ω·sq-1,功函数4.7 e V,表面粗糙度1.73 nm。NAN电极不仅具有良好的透过率、高的电导率和平整度,同时还具有优异的环境稳定性和湿热稳定性。我们以NAN为阳极,PEDOT:PSS作为阳极界面缓冲层,制备了OPV器件,其性能可以与ITO/PEDOT:PSS为阳极的标准器件相媲美(5.20%vs.5.76%)。(2)在PET衬底上,制备了高柔韧性、高稳定性的PET/NAN柔性电极,并进一步采用紫外臭氧(UVO)辐照方式,显著提高了NAN电极的功函数(从4.7 e V到5.3 e V),在不加PEDOT:PSS阳极界面缓冲层的情况下,制备的柔性OPV器件效率高达5.55%,其性能优于PET/ITO/PEDOT:PSS为阳极的标准器件性能(4.42%)。此外,以NAN为电极的柔性太阳能电池展现了很好的耐弯折性,在弯折1000次后,效率依然保持70%以上。(3)我们用末端离子源辅助的电子束热蒸发法制备了Sn Ox/Ag/Sn Ox(SAS)叠层透明导电薄膜,其最大透过率为88%(600 nm),面电阻为9.3Ω·sq-1,功函数为4.7 e V,表面粗糙度仅为1.00 nm。我们以SAS为阴极,Zn O作为阴极界面缓冲层制备的OPV器件效率为5.95%,其性能几乎可以于ITO/Zn O为阴极的标准器件效率(6.39%)相媲美。(4)我们用超薄Bi2O3修饰SAS,制备SASB叠层透明导电膜。发现厚度为1 nm的Bi2O3修饰层,不会影响SAS电极的透过率和导电性,但可以显著降低SAS电极的功函数(从4.7 e V到4.2 e V)。采用SASB为阴极制备的OPV器件效率达6.21%,其性能可以与采用ITO/Zn O为阴极的标准器件相媲美(6.58%)。