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。     

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。     

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%。     

热处理对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善

制备了ITO/MoO3(6nm)/Rubrene(30nm)/C70(30nm)/BCP(6nm)/Al(150nm)的PN结构和ITO/MoO3(5nm)/Rubrene(25nm)/Rubrene:C70(5nm)/C70(25nm)/BCP(6nm)/Al(150nm)的PIN结构有机太阳能电池(OSCs)。通过对两种器件进行热处理,研究热处理对OSCs性能的影响。实验表明,在热处理后,PN结构和PIN结构器件的短路电流密度分别达到了3.526mA·cm-2和5.413mA·cm-2,功率转换效率分别达到了1.43%和2.09%。与未经过热处理的器件相比,PN结构和PIN结构器件的短路电流密度、填充因子、功率转换效率分别提高了19.0%、7.1%、28.3%和4.8%、20%、24.1%。可见,热处理可以提高Rubrene/C70OSCs的性能。     

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%。     

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%.     

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。     

以ZnO为空穴缓冲层的高效率有机电致发光器件

研制了在传统双层有机电致发光器件(OLED) ITO/NPB/AlQ/Al的阳极与空穴传输层间加入ZnO缓冲层的新型器件.研究了加入缓冲层后对OLED性能的影响,并比较了新型与传统OLED的性能,结果表明,新型器件比传统器件的耐压能力有了显著提高;当电压达到7 V时,发光效率提高了35%.分析认为,ZnO缓冲层的加入,改善了界面, 减少了漏电流,并且阻碍了空穴的注入,有利于改善空穴和电子的注入平衡,提高复合效率.     

MoO3对有机太阳能电池性能影响的研究

采用MoO3作为阳极缓冲层,制备了结构为ITO/MoO3/P3HT/C60/Bphen/Ag的有机太阳能电池器件,研究了MoO3薄膜厚度对器件性能的影响。采用常用的等效电路模型,仿真计算得到MoO3缓冲层对器件串联电阻的影响。此外,测试了器件的吸收光谱,研究了MoO3缓冲层对器件光子吸收的作用。结果表明,在MoO3厚度为1 nm时,器件的短路电流密度、开路电压和填充因子都得到了提高。MoO3可以改善电极和有机层的界面接触性能,能够有效降低器件的串联电阻,提高载流子的传输和收集效率;同时,MoO3缓冲层透过率高,不会对器件的光吸收效率造成影响。     

低温处理的TiO2纳米颗粒薄膜作为缓冲层的有机光伏电池

通过溶胶凝胶法(sol-gel)合成了TiO₂纳米颗 粒(NPs),制备了结构为 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/TiO₂/Al的有机太阳能电池(OSC)器件。通过优化阴极缓冲 层TiO₂NPs的 热处理温度,考察了温度以及溶剂对TiO₂NPs薄膜的光学性能、形貌结构和电学 性能的影响,并研究了其对OSC性能的影响及作用机理。实验发现,TiO₂NPs处理温度 为80℃时,器件 的效率达到了2.52%。相对于参比器件,器件的光电转换效率(PCE) 、填充因子(FF)分别提高了60%、64.7%。     

聚乙二醇阴极修饰层改善聚合物太阳能电池光电性能的研究

通过将聚乙二醇(PEG)掺入活性层制备聚合物太阳 能电池,利用PEG的迁移特性获得阴极修饰层,研 究PEG阴极修饰层对聚合物太阳能电池光电性能的影响。X射线光电子能谱(XPS)分 析表明,掺入活性层中的 PEG迁移到活性层与Al电极之间,形成了阴极缓冲层。吸收光谱、电流密度-电压 特性曲线和外量子 效率谱的分析表明,PEG阴极缓冲层的形成改善了活性层与阴极的界面接触特性, 降低了活性层与电 极之间的能级势垒,有利于载流子传输,因此显著地改善了聚合物太阳能电池的光电性能, 使得器件的开 路电压Voc、短路电流密度Jsc和填充因子(FF)都有明显提高。当P3HT:PCBM 活性层中掺入体积比为0.5%的PEG时,聚合物太阳能电池的能量转换 效率(P CE)最高,达到了3.07%,比未掺杂PEG的参考器件提 高了38.5%。     

阴极缓冲层对m-MTDATA/BAlq有机紫外光探测器性能的影响

制备了有机紫外光探测器(OUV-PD),器件结构为I TO/m-MTDATA(30nm)/m-MTDATA:BAlq(40～60nm,1∶1)/BAlq(40nm)/LiF(1nm)/Al(100nm),并研究了施加Liq、TPBi、Bphen和Zn(4-MeBTZ)₂为阴极缓冲层时对器件性 能的影响。实验结果表明,OUV-PD光响应与阴极缓冲层厚度和电子传输性能紧密相关,在 1.05mW/cm²的波长为365nm UV光照射下,响应度最大值分别达到218mA/W、247mA/W、305mA/W 和283mA/W。     

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%。     

Enhanced performance of inverted perovskite solar cells using solution-processed carboxylic potassium salt as cathode buffer layer

Using a novel solution-processed carboxylic potassium salt (F-R-COOK) as cathode buffer layer (CBL), a power conversion efficiency (PCE) of 14.37% is obtained, which is more than 51% increase compared with that of the Ag-only device under similar fabrication conditions. The test result of single electron devices and Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements demonstrate that the interlayer decreases charge transport resistance. Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) measurements are used to study the interfacial effects induced by the new CBL. It is found that F-R-COOK can reduce the work function of the Ag electrode by forming desired interfacial dipoles. Our work indicates the promising applications of F-R-COOK based CBL in perovskite solar cells and may provide some insights into the design and synthesis of new interfacial materials to further improve the device performance.     

银纳米颗粒界面层对有机太阳能电池光敏层相分离的影响

通过原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XP S)表征,研究了在光敏层与阳极缓冲层界面引入银(Ag)纳米颗粒界面层后对PTB7:PC70BM光 敏层相分离的影响,并通过接触角测试对其影响机理进行了分的,结果表明,当引入Ag纳米 颗粒界面层后,光敏层的表面形貌并没有发生 明显的改变,但是光敏层在横向与纵向方向有了更好的相分离;并发现,引入Ag纳米颗粒引 起 的光敏层优化的相分离,本质上源于其底部PEDOT:PSS层表面能的减小,其中起关键作用的 是乙醇溶剂;通过紫外-可见吸收光谱以及相关电池性能测试确认,乙醇溶剂处理PEDOT:P SS表面有助于提高电池的电性能。 本文研究表明,在有机太阳能电池(OSCs)中引入金属纳米颗粒,不仅要考虑其 光学效应,还要考虑由于光敏层相分离的变化引起的电学效应。     

阴极蒸镀和隔离层对有机发光二极管性能的影响

制备了简单结构的有机发光二极管(OLED)ITO/NPB/Alq3/Al/Ag。实验结果表明,快速蒸镀法制备的Ag阴极越厚,器件性能越差,而慢速蒸镀200nmAg阴极时器件性能也较差。在Alq3与Al阴极之间插入BCP/C60/LiF隔离层后,即使快速蒸镀法制备的Ag厚达280nm,器件的最大电流密度、最大亮度和最大电流效率仍分别高达248.6mA/cm2、5380.7cd/m2和3.52cd/A。隔离层不仅保护NPB和Alq3基本不被玻璃化,还很好地与Alq3和Al阴极匹配,大大提高了器件性能。