基于Re-BCP为缓冲层有机太阳能电池性能的研究

有机太阳能电池(OSCs)因成本低、质量轻、柔性 和可大面积制备等优点而被广泛关注。本文通过定向合成有机配合物Re-BCP,首次将其作 为阴极缓冲层引入到OSCs中。通过实验发现,OSCs效率与Re-BCP层厚度密切相关。在标准 太阳光照条件下,结构为ITO/CuPc(20nm)/C60(40nm)/Re-BCP(x nm)/Al(100nm)器件的效率随着Re-BCP厚度的增加先增大后变 小,当其厚为0nm时,效率为0.65%;厚为7nm时,效率为1.10%;而当厚为10nm时,效率降为0.50%。结合器件结构,探讨了器件性能提高的机理。     

TiO2基染料敏化太阳能电池的表面修饰及性能研究

采用水热法制备TiO₂浆料,用La(NO₃)₃溶 液浸泡TiO₂薄膜获得修饰电极。用X射线光电子能谱(XPS) 和扫描电子显微镜(SEM)对修饰电极的主要成分及形貌进行表征的结果显示,电极薄膜分为 上下两层,表 面包覆层粒径较大,为La₂O₃颗粒;下层颗粒粒径较小,为TiO₂颗粒。电流-电压测 试结果显示,与修饰 前相比,用La(NO₃)₃溶液浸泡30min获得的膜电极性能最优,使 开路电压和短路电流分别提高了6.8%和 18.5%。电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明,相同偏压下,TiO₂/La ₂O₃电极界面复合电阻比TiO₂要大,说明 La₂O₃包覆层在一定程度上抑制了界面的电子复合,改善了电池的光电化学性能。     

Bathocuproine作为缓冲层改善Rubrene/C70太阳能电池的性能

制备了结构为ITO/Rubrene/C70/BCP/Al的双层有机太阳能电池(OSCs),通过优化缓冲层BCP的厚度研究了BCP对OSCs性能的影响及其作用机理。实验发现,BCP厚为6nm时,器件的效率最高达到1.78%,同时获得了较大的开路电压0.901V。相对于没有缓冲层,器件的效率、短路电流、开路电压和填充因子分别提高了432.9%、74.8%、95.4%和55.5%。     

ZnO纳米颗粒表面缺陷对有机太阳能电池性能的影响

用温度控制ZnO纳米 颗粒粒径的大小,研究了颗粒粒径对表面缺陷的影响。由透射电镜(TEM)、紫外-吸收光谱 和荧光光谱测试表明,随着反应温度升高,ZnO纳米颗粒的尺寸增加,比表面积显著下降, 表面缺陷的体密度降低。将不同反应温 度下的ZnO纳米颗粒应用于ITO/ZnO/P3HT:PCBM/MoO₃/Ag结构的有机太阳能电池中,进一 步研究了缺陷对电池性能的影 响。实验结果表明,60℃下ZnO纳米颗粒薄膜作为电子传输层的器件 效果最好,电池效率可以达到3.05%。 这表明在一定范围内,ZnO纳米颗粒越大,缺陷密度越低,越有利于器件中电子的传输从而 提高太阳能电池器件的短路电流密度和光电转化效率。     

ZnO缓冲层改善Rubrene/C70有机太阳能电池的性能

通过制备结构为ITO/ZnO/C₇₀ /Rubrene/MoO₃/Al 的有机太阳能电池(OSCs),研究了ZnO作为阴极 修饰层对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善。同时通过 优化ZnO的厚度研究了ZnO的工作机理。 从实验结果可以看出,随着ZnO厚度的变化,器件的短路电流密度(J_sc)、开路电压(V_oc)、填充因子 (FF)、光电转换效率(PCE)和串联电阻(R_s)等性能参数呈现出了规律 性变化,当ZnO层厚度比较 薄时,器件PCE随着厚度的增加不断增大,当ZnO层厚度为53nm时,器件PCE达到最高为1.13%, 对应的J_sc、V_oc、FF分别为2.82mA·cm－2、0. 84V、45.86%,R_s为66.2Ω·cm²,当ZnO层厚度继续增 加时,器件PCE开始减小。对比没有ZnO阴极修饰层,器件最优时 的Jsc、V_oc、FF和PCE 分别提高了49%、17%,R_s降低了56%。     

WO3对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善

研究了WO₃对Rubrene/C₇₀有机太阳能电池 (OSCs)性能的 改善,制备了结构为ITO/WO₃/Rubrene/C₇₀/BCP/Al的OSCs,其中WO₃插入在I TO和Rubrene中间作为阳极修饰层。通过优化WO₃的厚度,研究了WO₃对OSCs性能的改善及其作用机理。实验发现,器件的短路电流Jsc、开路电压V_oc、 填充因子(FF)、光电转换效率(PCE)和串联电阻Rs等性能参数随WO₃厚度的变化呈规律性变化;当 WO₃厚度小于80 nm时,器件PCE随着厚度的增加不断增大;当W O ₃厚大于80 nm时,器件PCE随着厚度的 增加不断减小;当WO₃厚度为80 nm 时,器件PCE达到最高为1.03%, 相应的J sc、V_oc、FF分别为2.81mA·cm－2、 0.83V、43.85%,Rs为45.3Ω·cm²,对比没有WO₃修饰层, 器件的J_sc、V_oc、FF和PCE分别提高了31%、137%、17%,Rs降低了33%。     

Bphen/Ag/Bphen复合缓冲层对有机太阳电池性能的影响

采用Bphen/Ag/Bphen作为阴极缓冲层,制备了基于CuPc/C60的有机太阳电池,研究了在有机薄膜中加入金属超薄层对器件性能的影响。结果表明,在Bphen缓冲层中加入1 nm的Ag时,器件的电子注入和传输都得到了提高。采用常用的等效电路模型,计算了缓冲层对器件性能参数的影响。发现Bphen/Ag/Bphen可以改善有机层和电极的界面接触性能,降低器件的串联电阻。此外,测试了器件的吸收光谱,研究了复合缓冲层对器件光子吸收的作用,发现加入Ag薄层后提高了器件的光吸收能力。     

退火温度对银-二氧化硅核壳(Ag@SiO2/TiO2)薄膜结构，光学特性以及光催化性能的影响

局部表面等离子共振广泛应用于光催化和太阳能 电池等领域。采用电子束和热沉积技 术,在融石英和Si片上制备了Ag@SiO₂/TiO₂薄膜。在300 ℃,400 ℃,500 ℃,600 ℃ 温度下,薄膜在空气氛围下退火2h。采用拉曼光谱仪,紫外-可见分光光度 计(UV-Vis)等手段对微结构,光学性能等特性进行了表征。利用能谱仪测定了元素成分及含 量。考察了薄膜在水溶液中降解甲基橙的光催化活性。结果表明:Ag@SiO₂/TiO₂薄膜具有优 异的光催化性能。测试结果表明:在250℃下制备的TiO₂薄膜为无定形结构;在本实验条 件下,随着退火温度的升高,薄膜呈锐钛矿结构;锐钛矿相表现出了更好的光催化性能。     

基于MoO3和Re-Bphen修饰有机太阳能电池性能的研究

有机太阳能电池(OSCs)的性能与材料及器件结构密切相关。以MoO3为阳极缓冲层,有机金属配合物Re-Bphen为阴极缓冲层,制备了结构为ITO/MoO3/CuPc/C60/Re-Bphen/Al的OSCs。在标准太阳光照条件下,当MoO3和Re-Bphen的厚分别为5nm和8nm时实现了器件的最佳性能,能量转换效率(PCE)和器件寿命均显著提高。结合器件结构,分析了工作机制。     

MoO3修饰氧化石墨烯作为空穴注入层影响研究

研究了MoO₃修饰氧化石墨烯(GO)作为空穴注入层的影响。采用旋涂的方法制备了GO, 再真空蒸镀修饰层MoO₃,得到了空穴注入能力强和透过率高的复合薄膜。MoO₃的厚分 别采用0、3、5和8nm。通过优化MoO₃的厚度发现,当MoO₃的厚为5nm时,复合薄膜 的透过率达到最大值,在 550nm的光波长下透光率为88%,且此时采用 复合薄膜作为空穴注入层制备的结构为 ITO/GO/MoO₃(5nm)/NPB(40nm)/Alq₃(40nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)的有机电致发光器件(OLED)性能 最佳。通过对OLED进一步的优化,改变Alq₃的厚度,分别取50、60和70nm,测量其电压 、电流、亮度、色坐标和电致发光(EL)光谱等参数发现,当Alq₃的厚为50nm时器件性能最 佳。最终制备了结构为ITO/GO/MoO₃(5nm)/NPB(50nm)/Alq₃(50nm)/LiF(1nm)/Al(100 nm)的OLED,在电压为10V时,最大电流效率达到5.87cd/A,与GO单独作为空穴注入层制备的器件相比,提高了50%。     

基于CuBB为阴极缓冲层有机太阳能电池性能的研究

通过定向合成Cu(I)配合物,首次将 其作为阴极缓冲层引入到有机太阳能电池(OSCs)中。实验分析发现,OSCs的光电能量转换效 率(PCE)与CuBB层厚度紧密相关,在标准太阳 光照条件下,结构为ITO/CuPc (20nm)/C60(40nm)/CuBB (x m m)/Al (100nm)的器件PCE随着CuBB厚度的增加 先增大后变小,当厚为8nm 时PCE达到0.94%。器件性能提高的原因主要是CuBB具有良好 的电子迁移率,但厚度过大时则由于串联电阻增加及电子不能经阴极缓冲层传输而使性能降 低。     

双阴极修饰层改善Rubrene/C70有机太阳能电池的性能

采用NTCDA/PTCBI双阴极修饰层制备了结构为ITO /MoO₃/Rubrene/C70/NTCDA/PTCBI/Al有机太阳能 电池(OSC),研究了双阴极修饰层对Rubrene/C70 OSC性能的影 响。实验结果表明,引入双阴极修饰层 后,器件的各性能参数有了显著提高。通过对PTCBI厚度优化发现,当PTCBI厚为5nm时器件 的各性 能参数最佳,器件的功率转换效率(PCE)=3.19%,电流密度Jsc=8.99mA·cm－2,开路电 压Voc=0.85V, 填充因子(FF)=41.58%,与未插入PTCBI 层相比器件的各性能分别提高了538%、338.5% 、13.3%和16.5%。     

介稳态TiCl4醇水溶液水解制备TiO2致密层及其在无机-有机杂化异质结钙钛矿太阳电池中的应用

致密层作为钙钛矿太阳电池的重要组成部分, 对其制备方法, 工艺及微结构等性质的研究对提高钙钛矿太阳电池的光伏性能具有重要影响. 本文利用介稳态的TiCl₄醇水溶液作为前驱体溶液, 通过旋涂水解制备TiO₂致密层, 并研究了前驱体溶液不同醇水比对致密层微结构及其相应太阳电池光伏性能的影响. 结果表明, 将2 mol.L_-1的TiCl₄的水溶液按醇水体积比3:1的比例用异丙醇稀释后所制备的TiO₂致密层其厚度为126 nm, 且相应的太阳电池取得最高的光电转换效率10.6 %.     

Enhanced photovoltaic performance in TiO2/P3HT hybrid solar cell by interface modification

A TiO2/P3HT hybrid solar cell was fabricated by infiltrating P3HT into the pores of TiO2 nanorod arrays. To further enhance the photovoltaic performance, anthracene-9-carboxylic acid was employed to modify the interface of TiO2/P3 HT before P3HT was coated. Results revealed that the interface treatment significantly enhances the photovoltaic performance of the cell. The efficiency of the hybrid solar cells reaches 0.28% after interface modification, which is three times higher compared with the un-modified one. We find that except for the increased exciton dissociation efficiency recognized by the previous reports, the suppressing of electron back recombination is another important factor leading to the enhanced photovoltaic performance.     

A low-cost and low-temperature processable zinc oxide-polyethylenimine (ZnO:PEI) nano-composite as cathode buffer layer for organic and perovskite solar cells

Nanocomposite buffer layer based on metal oxide and polymer is merging as a novel buffer layer for organic solar cells, which combines the high charge carrier mobility of metal oxide and good film formation properties of polymer. In this work, a nanocomposite of zinc oxide and a commercialized available polyethylenimine (PEI) was developed and used as the cathode buffer layer (CBL) for the inverted organic solar cells and p-i-n heterojunction perovskite solar cells. The cooperation of PEI in nano ZnO offers a good film forming ability of the composite material, which is an advantage in device fabrication. In addition, power conversion efficiency (PCE) of the ZnO:PEI CBL based device was also improved when compared to that of ZnO-only and PEI-only devices. The highest PCE of P3HT:PC₆₁BM and PTB7-Th:PC₆₁BM devices reached to 3.57% and 8.16%, respectively. More importantly, there is no obvious device performance loss with the increase of the layer thickness of ZnO:PEI CBL to 60 nm in organic solar cells, which is in contrast to the PEI based devices, whose device performance decreases dramatically when the PEI layer thickness is higher than 6 nm. Such a nano composite material is also applicable in inverted heterojunction perovskite solar cells. A PCE of 11.76% was achieved for the perovskite solar cell with a thick ZnO:PEI CBL (150 nm) CBL, which is around 1.71% higher than that of the reference cell without CBL, or with ZnO CBL. In addition, stability of the organic and perovskite solar cells having ZnO:PEI CBL was also found to be improved in comparison with that of PEI based device.     

Improvement on low-temperature deposited HfO2 film and interfacial layer by high-pressure oxygen treatment

In this study, high-pressure oxygen (O₂ and O₂ + UV light) technologies were employed to effectively improve the properties of low-temperature-deposited metal oxide dielectric films and interfacial layer. In this work, 13 nm HfO₂ thin films were deposited by sputtering method at room temperature. Then, the oxygen treatments with a high-pressure of 1500 psi at 150 °C were performed to replace the conventional high temperature annealing. According to the XPS analyses, integration area of the absorption peaks of O-Hf and O-Hf-Si bonding energies apparently raise and the quantity of oxygen in deposited thin films also increases from XPS measurement. In addition, the leakage current density of standard HfO₂ film after O₂ and O₂ + UV light treatments can be improved from 3.12 × 10⁻⁶ A/cm² to 6.27 × 10⁻⁷ and 1.3 × 10⁻⁸ A/cm² at |Vg| = 3 V. The proposed low-temperature and high pressure O₂ or O₂ + UV light treatment for improving high-k dielectric films is applicable for the future flexible electronics.