新型光电器件的结构设计及性能研究

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近年来,作为半导体光电器件重要组成部分的薄膜光探测器和量子点太阳能电池取得了很大的关注和发展。本论文围绕有机无机光探测器和量子点太阳能电池的溶液法制备及器件的光电功能展开了系统的研究。通过设计新的器件结构和改善优化界面来提高器件的性能与稳定性。本论文的研究工作主要包括:  1.通过双层结构的光探测器ZnO/P3HT∶PCBM系统的研究了材料吸光系数,电荷迁移率以及载流子的寿命与光增益的关系。研究认为光探测的性能主要取决于光增益的大小。因此在具体的结构设计中为了获得优异的器件性能,应提高器件的迁移率以及光生载流子的寿命。  2.设计制备了全有机材料的PIN叠层结构,该结构的优势在于能同时保证器件中光生载流子的分离与高的迁移率。最终,用全溶液法制备的柔性有机光探测器展示了灵敏的光探测性能与稳定的机械强度并研究了温度与应力对PIN叠层结构界面处的影响。  3.合成了石墨炔:氧化锌复合材料并将其制备成双层结构的紫外光探测器。石墨炔不但有效的隔离氧在氧化锌表面的吸附(提高了探测器的响应时间),而且能通过存储光生空穴来提供光增益机制(提高了激子寿命与浓度)。氧化锌则能保证器件有高的迁移率。因此,该紫外光探测器的灵敏度会大大的提高。  4.用阻抗谱测试研究了PbS QDPVs的缺陷。测得了PbS QDs的缺陷态能级(0.34eV)和密度(3.2×1016 cm-3eV-1)证明了PbS QDs内部的缺陷是导致了器件开路电压损失的主要原因。研究指出对PbS QDs进行掺杂降低其内部的缺陷态密度和能级对提高PbS QDPVs的性能有很重要的意义。  5.把新型的二维材料GD QDs作为阳极缓冲材料,制备了PbS QDPVs。GD QDs在这里起到了电子阻挡和空穴传输的作用,同时它能有效减少活性层与金电极界面处的缺陷态密度和防止载流子的复合。最终制备了能量转化效率PCE高达10.64%的PbS QDPVs。
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