第36卷，第2期 2016年2月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.36,No.2.pp331-335 February2016
复合阴极缓冲层Alq3：CsF对CuPc/C6o电池性能的影响
赵焕斌，孙钦军“，周淼，高利岩，郝玉英，史方
新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室，太原理工大学物理与光电工程学院，山西太原030024
摘要通过Alq：CsF复合阴极缓冲层来优化CuPc/Ceo有机小分子太阳能电池的性能。当Alq：CsF厚度为5nm，CsF的接杂比例为4%时，加人复合阴极缓冲层器件较AIg阴极缓冲层器件的能量转化效率费高了49%，到达0.76%，并且在室温、大气的条件下，器件的稳定性也得到了保持，与未加阴极缓冲层的器件相比，半装期提高广6借，达到9.8h。通过紫外-可见吸收、外量子效率和单载流子传输器件等研究广器件效率改善的主要原因是掺人CsF后，调节界面能级，改善了Alq的电子传输特性，提高了器件的短路电流和填充因子。比较分析复合阴极缓冲层器件于空气中放置不同的时间的电流电压曲线，表明Alq3：CsF
可以保持Alq的良好稳定性，可以很好地阻挡氧气与水分的扩散，提高器件的寿命。关键词有机太阳能电池：氟化（CsF）；喹嘛铝（Alqs）；阴极缓冲层
中图分类号：043；0439文献标识码：A
引言
DOI : 10. 3964 /j- issn, 1000-0593 (2016 )02-0331-05
技术。在有机材料中通过掺杂可以改善载流子的迁移、收集，优化本体的电学性能。对于电子传输材料，常用的n型掺杂体是碱金属，如锂元素和氟元素。在有机发光器件
有机太阳能电池具有制备工艺简单、成本廉价，可大面积生产、柔性等优点，近儿十年持续得到人们的关注和研究。但是与无机太阳能电池相比，光电转化效率不高，稳定性差，制约了其进一步广泛应用1-5]。合成新型有机电池材料、引入新结构是提高有机太阳能性能的主要方法。在新结构中，在活性层与金属电极之间插人阴极缓冲层，可以改善其接触界面、阻挡金属原子对活性层的灼烧、调节光场在活性层的分布，防止氧气与水分的渗透，提高电池的效率和稳定性-]。BCP和Bphen带隙大，可以阻挡激子扩散到金属电极界面发生灭，同时由于金属电极沉积过程中在缓冲层内形成缺陷态，有利于电子传输，是目前应用广泛的阴极缓冲层材料。但是BCP在水分与氧气的作用下极易晶化，降低器件寿命[1011]。Alg3具有良好的抗水氧能力，作为阴极缓冲层应用于有机电池、硅基电池中，可以有效的提高器件的稳定性，但对能量转化效率提高幅度较小[12-13]。CsF和 CS:CO:等碱金属氟化物在聚合物太阳能电池中被使用作为阴极缓冲层，其性能较LiF均有不同程度提高14-15，但是在小分子太阳能电池中，插人CsF和CS:CO：作为阴极缓冲层时，器件的效率一般会有所降低
掺杂是一种改变材料电子传输性、调节能带结构常用的收稿日期：2014-11-14，修订日期：2015-03-20
中，CS:CO:和NaCO:等碱化物掺杂于电子传输层Alq 中，可以降低启亮电压，并增加发光亮度(17-19]。因此，我们将碱金属氟化物CsF掺人入AI作为复合阴极缓冲层，从而优化Alq的电子传输特性，调节活性层的能级与电极之间功函数的匹配来改善小分子CuPc/Cso电池的能量转化效率。同时利用Al材料的稳定性，提高器件的寿命。
实验部分 1
器件结构为ITO/CuPe/Cso/Alq：CsF//Al，为了方便研究阴极缓冲层的作用，器件没有使用阳极缓冲层。结构如图1所示。
实验使用的阳极IT0的方块电阻为15Q·5q-，所用材料均为商业购买，纯度分别为CuPe（99.0%NichemFine Technology ), Cso (99. 0% Nichem Fine Technology ), Alq（99.0%），CsF（99.5%），能够满足实验需求，所以未经进一步提纯。有机太阳能电池制备步骤如下：首先，将ITO玻璃分别在洗洁剂、去污粉中轻洗，然后依次置人去离子水、丙酮、异丙醇中超声30分钟，接着用氮气吹干后紫外灯臭氧处理15min。最后将基片放人真空室，进行高真空热蒸发沉
基金项目：国家自然科学基金项目（61274056，11204202，61308093，11204205），山西省自然科学基金项目（2012021011-4)资助
e-mail ; zhaohuan_bin@ 163 .com
作者简介：赵焕斌，1988年生，太原理工大学物电学院硕士研究生
*通讯联系人e-mail：sunqinjun@tyut,edu.en