为了提高有机太阳能电池(OSCs)的性能, 增强器件在空气中的稳定性, 研究了TiO2薄膜作为阴极缓冲层对OSCs器件性能的影响。制备了结构为ITO/TiO2/C70/Rubrene/MoO3/Al的OSCs器件。首先, 通过测量器件效率, 考察了TiO2薄膜对Rubrene/C70电池的性能影响。接着, 通过控制TiO2薄膜厚度, 研究了TiO2厚度对器件性能的影响。实验结果显示, 当TiO2修饰层厚度比较薄时, 器件的各性能参数较低, 随着TiO2厚度的不断增加, 器件的各性能参数呈上升趋势; 当TiO2厚度为81 nm时, 器件的各性能参数达到最佳, 器件的功率转换效率为1.09%, 电流密度为2.55 mA·cm-2, 开路电压为0.88 V, 填充因子为48.69%; 当TiO2厚度继续增加时, 器件的各性能参数开始下降。对比没有TiO2阴极修饰层的器件, 最优时的Jsc、Voc、FF和PCE分别提高了37%、21%、17%和91%, 并阐述了性能提高的原因。

Small molecule organic solar cells (OSCs) with the structure of indium tin oxide (ITO)/molybdenum trioxide (MoO₃) (5 nm)/rubrene (x nm)/fullerene (C₇₀) (y nm)/2, 9-dimethyl-4, 7-diphenyl-1, 10-phenanthroline (BCP) (6 nm)/aluminum (Al) (150 nm) are fabricated. The thickness of active layer for the devices is investigated in details. The results show that the optimum thicknesses of rubrene layer and C₇₀ layer are 30 nm and 25 nm, respectively. The degradation of the device is also investigated. The result indicates that the open-circuit voltage (V_oc) does not change, while the short-circuit current density (J_sc), fill factor (FF) and power conversion efficiency (PCE) decrease continuously with time. The degradation can be attributed to the oxygen in ambient diffusing and infiltrating into the active materials and reacting with C₇₀ in cells, which can result in the increase of interfacial series resistance.

采用Cs2CO3∶Alq3/MoO3作电荷产生层，制备出高效双单元串联型叠层有机发光器件。双单元叠层有机发光器件发光性能受电荷产生层MoO3的厚度影响很大。当MoO3厚度为30 nm时，叠层器件表现出最好的器件性能，最大电流效率达到14.5 cd/A。在相当宽的低电流密度范围内，30 nm MoO3叠层器件的电流效率是对比单层器件电流效率的2倍以上; 但高电流密度下，叠层器件电流效率下降较快。叠层发光器件性能的提高与中间电荷产生层向上下两个发光单元有效的电子、空穴注入有关。

制备了结构为ITO/BCP或Alq3(x=0, 2, 6, 10, 20, 40 nm)/C60(50 nm)/Rubrene(50 nm)/MoO3(5 nm)/Al(130 nm)的倒置异质结有机太阳能电池, 其中BCP或Alq3作电子传输层。实验结果表明: 当BCP或Alq3≤6 nm时, 器件性能随电子传输层厚度的变化不大; 当BCP或Alq3≥10 nm时, 随电子传输层厚度的增加, 含Alq3器件的性能衰减很快, 含BCP器件的性能衰减相对较慢, 且其开路电压保持不变。分析表明: 当电子传输层较薄时, 粗糙的ITO使电子较容易从C60注入到ITO; 当电子传输层较厚时, BCP/C60之间的能带弯曲使二者之间几乎不存在势垒,含BCP器件性能较差主要源于BCP较差的电子迁移率,而含Alq3器件性能较差主要源于Alq3/C60之间的势垒。

研究了碳酸铯(Cs2CO3)掺杂8-羟基喹啉铝(Alq3)作为电子注入层对有机电致发光器件性能的影响。结果表明, 与常用的Cs2CO3超薄层作电子注入层相比, Cs2CO3∶Alq3共蒸阴极对器件效率和亮度有很大提高, 器件电流效率从3.1 cd/A (Cs2CO3 1 nm/Al)提高到6.5 cd/A (Cs2CO3 3%∶Alq3/Al)。器件性能的提高归因于Cs2CO3∶Alq3共蒸阴极比单层Cs2CO3阴极具有更好的电子注入能力和电子传输性能。薄膜形貌表明, 共蒸阴极能有效降低Alq3表面粗糙度, 有助于提高器件发光性能及寿命。

研究了三氧化钼(MoO3)薄层作为有机电致发光器件空穴注入层的器件性能和注入机制。发现1 nm厚度下发光器件性能最佳，器件的最大电流效率比对比发光器件的最大电流效率提高1.6倍。器件的电容曲线表明MoO3薄层能有效提高空穴载流子的注入，多数载流子开始注入的拐点大约降低了9 V。单空穴载流子电流曲线说明MoO3器件的电流注入是空间电荷受限电流注入机制，MoO3使阳极界面处形成欧姆接触，而对比器件的电流注入是陷阱电荷受限电流注入机制。器件的光伏曲线进一步说明器件性能的提高是由于MoO3层能使阳极界面能级分布发生改变，1 nm MoO3厚度下器件的内建电势从对比器件的0.25 V提高到了0.8 V，有效降低了空穴注入势垒，提高了器件性能，但过厚的MoO3层由于增加了器件的串联内阻，会导致器件性能降低。

使用真空热蒸发镀膜法，在OLED层状结构中引入不同厚度的LiF作阳极修饰层，制备了结构为ITO/LiF/TPD/Alq3/Al的器件。LiF超薄层的引入较好地修饰了ITO表面，减少了阳极和有机层界面缺陷态的形成，增强了器件的稳定性。实验结果表明： LiF层有效地阻挡空穴注入，增强载流子注入平衡，提高了器件的亮度和效率，含有1 nm厚LiF空穴缓冲层器件的性能最好，效率较不含缓冲层器件提高了近1.5倍。