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。     

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%。     

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。     

溅射ZnO薄膜钝化GaAs表面性能的研究

为了改善GaAs(110)与自身 氧化物界面由于高表面态密度而引起的费米能级钉扎(pinning)问题 ,提出采用射频磁控溅射技 术在GaAs(110)衬底上沉积一定厚度 ZnO薄膜作为钝化层,并利用光 致发光(PL)光谱和X射线光电子能谱(XPS) 等方法对ZnO薄膜的光学特性及钝化性能进行表征。实验结果表明,经ZnO薄膜钝化后的 GaAs样品,其本征PL峰强度提高112.5%,杂质峰强度下降82.4%。XPS光谱分析表明,Ga和As原子的比值从1.47降低 到0.94,ZnO钝化层能 够抑制Ga和As的氧化物形成。因此,在GaAs表面沉积ZnO薄膜是一种可行的GaAs表面钝化 方法。     

以醇溶性钛螯合物为阴极修饰层的高效聚合物太阳能电池

以醇溶性的钛螯合物乙酰丙酮氧钛(TOPD)为电子收集层,聚3-己基噻吩(P3HT)为电子给体,富勒烯衍生物(PC60BM或PC70BM)为电子受体,制备了高效本体异质结聚合物太阳电池。TOPD膜是通过旋涂TOPD异丙醇溶液,然后在空气中经60℃热退火15min得到。通过优化TOPD层厚度及器件制备工艺,显著提高了聚合物太阳能电池的短路电流。通过引入TOPD电子收集层,使基于P3HT:PC60BM活性层的太阳能电池在AM1.5G、100mW·cm-2的光照条件下光-电转换效率(PCE)由2.72%提高到3.65%。用PC70BM代替PC60BM,可以使电池的PCE进一步提高到3.96%。PCE的提升主要归结于TOPD的层的引入可以提高电子传输速率并且可以降低电池的串联电阻。除此之外,TOPD替代常用的低功率金属Ca作为阴极修饰材料,可以有效提高聚合物质太阳能电池器件的工作稳定性。     

有机层／阴极界面修饰对体异质结聚合物太阳能电池性能的影响

通过制备四种不同结构的器件,详细分析研究了活性层／阴极界面修饰对P3HT:PCBM聚合物体异质结太阳能电池性能的影响。当在P3HT:PCBM薄膜上旋涂一层PCBM,并蒸镀0.5 nm LiF时所制备的器件的填充因子和光电转换效率都得到较大的提高。对器件的光电性能和薄膜的形貌进行深入分析,阐明界面修饰的作用机理。     

PEO作阴极修饰层提高有机光伏电池的稳定性

采用聚氧化乙烯(PEO)作为聚合物太阳能电池的阴极修饰层,以P3HT:PCBM为活性层制备了聚合物本体异质结太阳能电池。考察了PEO的厚度对器件光伏性能及稳定性的影响。比较了加入PEO修饰层前后器件的稳定性,研究了采用PEO修饰层前后器件电阻的差异。结果表明:加入PEO作为阴极修饰层后器件的光电性能(JSC,VOC,FF,PCE)均有明显提高,而器件的串联电阻Rs则有了明显降低。没有阴极修饰层的器件的初始光电转换效率为1.92%,90 h后衰减为初始值的5%;而加入PEO修饰层后初始光电转换效率为3.36%,90 h后仅衰减为初始值的20%,光电转换效率提高了75%,稳定性提高了3倍。     

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%。     

Bphen作为缓冲层对有机太阳能电池的光电性能影响

选用CuPc(酞菁酮)为供电子的材料,使用Bphen(4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲)为缓冲层的材料,研究了结构为ITO/PEDOT:PSS/CuPc(20 nm)/C60(40 nm)/Bphen(x)/Ag(100 nm)的有机太阳能电池(OSC).考察OSC性能与缓冲层Bphen厚度之间的关系,优化器件的结构.在标准太阳光照条件下(AM1.5)测量器件的Ⅰ-Ⅴ特性,结果显示,太阳电池的能量转换效率与缓冲层厚度密切相关.采用高真空蒸发的方法,制作了结构为ITO/PEDOT:PSS/CuPc(20 nm)/C60(40 nm)/Bphen(x)/Ag(100 nm)的器件,器件效率随着Bphen厚度的增加先增大后变小,当厚度为0 nm时,效率为0.85%;当厚度为2.5 nm时,效率为1.22%;而当厚度为5 nm时,效率为1.69%;当厚度为7.5 nm时,效率则为0.79%,当厚度为10 nm时,效率则为0%.     

Luminescent cathode buffer layer for enhanced power conversion efficiency and stability of bulk-heterojunction solar cells

We report high photovoltaic efficiency of over 9% in solution-processed, small-molecule (SPSM) 7,7′-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-silolo[3,2-b:4,5-b′]dithiophene-2,6-diyl)bis(6-fluoro-4(5′-hexyl-[2,2′-bithiophen]-5-yl)benzo[c]1,2,5]thiadiazole) p-DTS(FBTTh₂)₂:[6-6]-phenyl C70 butyric acid methyl ester (PC₇₀BM) blend based inverted BHJ solar cell by incorporating luminescent zinc oxide doped with sodium (ZnO:Na) quantum dots (QD) (l-ZnO) as a cathode buffer layer (CBL) in inverted bulk-heterojunction (BHJ) solar cells for the first time. The l-ZnO absorbs ultraviolet (UV) light and down-converts it to visible light. The l-ZnO layer's emission overlaps significantly with the absorption of p-DTS(FBTTh₂)₂, leading to an enhanced absorption by p-DTS(FBTTh₂)₂. This resulted in a significant enhancement of photo-current from 15.4 to 17.27 mA/cm² and efficiency from 8% to 9.2% for ZnO and l-ZnO based devices, respectively. This is among one of the highest efficiency values reported so far in the case of SPSM based single junction BHJ solar cells. The luminescent ZnO layer also protects the active layer from UV-induced degradation as solar cells show high stability under constant solar light illumination retaining more than 90% (∼28 h) of its initial efficiency, whereas BHJ solar cells without the luminescent ZnO layer degraded to ∼50% of its initial value under same conditions. Since ZnO is an essential part of inverted organic solar cells, the luminescent l-ZnO CBL has great potential in inverted organic solar cells.     

退火方式及PCBM阴极修饰层对聚合物太阳电池的影响

研究了不同退火方式及PCBM阴极修饰层对聚合物太阳电池性能的影响。与前退火相比,后退火的器件性能显著提高,电池的开路电压Voc由0.36V增加到0.60V,能量转换效率η从0.85%提高到1.93%,短路电流密度Jsc和填充因子FF也有不同程度的改善;在电池的活性层与Al电极间沉积一定厚度的PCBM阴极修饰层也能改善电池的性能,当PCBM厚度为3nm时,聚合物太阳电池在100mW.cm-2强度光照下,Voc为0.59V,Jsc为6.43mA.cm-2,FF为55.1%,η为2.09%。     

阴极材料对有机太阳电池性能的影响

分别用Al、LiF/Al和Ca/Al制备了三种不同阴极材料的体相异质结有机太阳电池。对其光电特性进行了表征,分析了不同阴极材料对电池性能的影响机制。结果表明:所制备的有机太阳电池在10–1W/cm2辐照度的光照下,开路电压分别为0.419 3,0.565 0和0.591 1 V,能量转换效率分别为1.17%、2.06%和1.91%;采用LiF/Al层状阴极制备的有机太阳电池具有更高的能量转换效率;功函数愈低的材料做阴极,有机太阳电池的能量转换效率也愈高。     

Efficiency enhancement of polymer solar cells by applying an alcohol-soluble fullerene aminoethanol derivative as a cathode buffer layer

Cathode buffer layer (CBL) introduced between the active layer and cathode is crucial for selectively transporting electrons and blocking holes for polymer solar cells (PSCs). Calcium (Ca) is the most commonly used CBL in conventional-structure bulk heterojunction (BHJ) PSC devices, but is prone to oxidation due to its high reactivity, inhibiting its practical applications. Herein, we applied an alcohol-soluble fullerene aminoethanol derivative (C₆₀-ETA) as an efficient CBL surpassing Ca in conventional-structure BHJ-PSC devices, leading to obvious efficiency enhancement with the best power conversion efficiency (PCE) reaching 9.66%. C₆₀-ETA CBL was applied in PSC devices based on three different photoactive layer systems, including poly[4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene-co-3-fluorothieno[3,4-b]thiophene-2-carboxylate]:[6,6]-phenyl C₇₁-butyric acid methyl ester (PTB7-Th:PC₇₁BM), polythieno[3,4-b]thiophene-co-benzodithiophene (PTB7):PC₇₁BM and poly(4,8-bis-alkyloxybenzo(l,2-b:4,5-b′)dithiophene-2,6-diylalt-(alkylthieno(3,4-b)thiophene-2-carboxylate)-2,6-diyl) (PBDTTT-C):PC₇₁BM, affording the best PCE of 9.66%, 8.51% and 7.19%, respectively, which are all higher than those of the corresponding devices based on the commonly used Ca CBL. The mechanism of efficiency enhancement of C₆₀-ETA CBL relative to Ca is studied, revealing that C₆₀-ETA CBL may induce improvements on both the interfacial contact between the active layer/cathode and electron transport, facilitating electron extraction by the Al cathode, and consequently leading to the increase of short-circuit current density (J_sc), which contributes primarily to the PCE improvement.     

不同旋涂速率对聚合物太阳电池性能的影响

以聚3己基噻吩(P3HT)和[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PCBM)为活性层材料制成聚合物太阳电池,通过控制活性层旋涂速率控制活性层厚度。从不同活性层厚度器件的吸收光谱、原子力及器件各项性能参数详细分析了不同活性层旋涂速率对太阳电池性能的影响。结果表明:旋涂速率为1 000 r/min时,电池具有最佳性能,光电转换效率最高为1.54%。