有机薄膜太阳电池一般以有机小分子或聚合物薄膜作为光敏感层,因其材料来源广泛、制备工艺简单、成本低廉、适合大面积生产等优势,受到许多国家及研究机构的关注。给体一受体型异质结电池是有机太阳电池中一种最基本的结构类型,近年来对其理论、结构设计和制备工艺已做了大量的研究工作,但仍有很大的潜力。有机太阳电池很有希望成为传统硅太阳电池的替代品。 本论文的工作主要为:有机薄膜太阳电池材料的选择、合成与提纯,薄膜制备工艺研究,有机光伏器件结构设计与制务,给体-受体型异质结有机光伏效应机理分析,双层给体-受体型有机薄膜太阳电池光学优化设计,太阳电池伏安特性影响因素分析与模拟及其自动测试系统的研制。 论文对有机光电材料的属性和部分有机材料的合成与提纯工艺做了说明:叙述了真空蒸发气相沉积和溶液旋涂法制备有机薄膜的设备和工艺以及加热装置的设计,从理论上分析了不同蒸发源结构和蒸镀条件对薄膜厚度和均匀性的影响以及溶液旋涂中溶液浓度和转速对薄膜厚度的影响,提出了腊厚控制方法,并对薄膜的AFM形貌和紫外-可见光吸收谱进行了测试和分析:研究了在给体-受体型光伏器件中有机光伏效应的机理及其四个基本过程对能量转换效率的影响:设计了不同类型的有机薄膜太阳电池器件结构及制作方法,制备了几种典型的仃机太阳电池,并对所制备的器件的伏安特性进行了测试和比较。 在以上工作的基础上,论文对典型的给体-受体型有机薄膜双层平面异质结光伏器件建立了数值模型,利用光学干涉效应和扩散理论,模拟了器件的光学干涉、吸收效应和激子在有机层中的扩散过程,得到了器件外量子效率与膜层厚度的关系,以此对薄膜厚度进行优化设计,并通过实验对设计结果进行了验证。结果表明对膜层厚度的优化可以比较明显地提高有机太阳电池的光电流和能量转换效率。 伏安特性是太阳电池输出特性的关键,论文对太阳电池建立等效模型,分析了由器件结构和制作工艺造成的电池内部电阻对伏安特性的影响,得到了与实验相一致的结果。最后,对一种基于计算机声卡的太阳电池伏安特性自动测试系统的设计做了叙述。