金属纳米颗粒的导入对顶发射OLED光取出影响的FDTD模拟与研究

由于有机发光二极管（OLED）中存在金属阴极和有机层界面,故部分光子会转化为表面等离子激元沿金属表面传播耗散掉。同时,金属阴极自身也会吸收部分光能量。这两种情况均会导致器件出光率降低。分析了在结构为Ag （100 nm）/MoO₃（5 nm）/NPB （35 nm）/EML （20 nm）/Alq₃（40 nm）/Al （20 nm）/MoO₃（50 nm）的器件内部引入银纳米颗粒（Ag NPs）或者金纳米颗粒（Au NPs）后器件出光效率的变化。同时,改变金属纳米颗粒的位置以观察其对出光效率的影响。利用有限差分时域法对无金属纳米颗粒的器件和金属纳米颗粒位于器件不同位置时的出光效率进行了模拟计算。结果显示,Ag NPs或者Au NPs都可以提高器件出光效率且Ag NPs优于Au NPs。在468 nm波长下,Ag NPs位于Al阴极表面、电子传输层（ETL）中间和Ag表面时器件的透光率分别是51.1%,50.5%和45.5%,而未掺杂Ag NPs的参考器件的透光率仅为43.3%。     

Fe3O4纳米粒子对P3HT:PCBM电池的影响

为了提高太阳能电池的性能,研究磁性纳米粒子在外加磁场的作用下对聚合物太阳能电池有源层P3HT:PCBM成膜及太阳能电池性能的影响。本文采用热分解法制备了磁性Fe₃O₄纳米粒子,将不同质量分数的Fe₃O₄纳米粒子掺入到P3HT:PCBM溶液中,旋涂后在外加磁场的作用下自组成膜。通过TEM、XRD对制备的Fe₃O₄纳米粒子进行表征,并利用偏光显微镜、原子力显微镜对成膜质量进行探究。结果表明,采用热分解法制备的Fe₃O₄纳米粒子直径在10 nm左右,在外加磁场作用下,Fe₃O₄纳米粒子对成膜有一定的调控作用。当Fe₃O₄纳米粒子掺杂质量分数为1%时,太阳能电池器件的开路电压增加3.77%,短路电流增加24.93%,光电转换效率提高7.82%。     

脉冲激光沉积Ag:BaTiO3纳米复合薄膜及其光学特性

在MgO(100)基片上利用脉冲激光沉积技术制备了掺有Ag纳米颗粒的BaTiO₃复合薄膜.通过X射线衍射对薄膜的结构进行了表征,利用透射电子显微镜对Ag纳米颗粒的尺寸、形态进行了观测,X射线光电子能谱结果表明Ag呈金属态.在410—500nm范围内观测到了Ag纳米颗粒引起的等离子振荡峰,随着后处理温度和Ag颗粒浓度的增加,吸收峰发生红移,并出现了双峰现象. 关键词： 金属纳米复合薄膜 激光沉积 光吸收     

NPB阳极缓冲层对反型结构聚合物太阳能电池性能的影响

制备了给体材料为poly(3-hexylthiophene)(P3HT),受体材料为[6,6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester(PCBM),器件结构为ITO/ZnO/P3HT:PCBM/NPB(0,1,5,10,25 nm)/Ag的反型体异质结聚合物太阳能电池.不同厚度的N,N′-diphenyl-N,N′-bis(1-naphthyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine(NPB)阳极缓冲层被用来改善器件性能,研究了NPB阳极缓冲层对器件特性的影响.研究发现,1 nm厚的NPB改善了器件的载流子收集效率,增加了器件的短路电流与开路电压.当NPB缓冲层的厚度达到25 nm时,过厚的NPB导致串联电阻增加,使得器件特性大幅下降.通过电容-电压测试,进一步研究了不同厚度NPB对器件载流子注入与收集的影响,1 nm厚的NPB修饰并没有改善器件的载流子注入但是增加了器件对光生载流子的收集效率,过厚的NPB使得自由载流子的复合占据主导.适合厚度的NPB可以作为一种阳极缓冲层材料应用于聚合物太阳能电池提高器件特性.     

纳米银增强聚合物太阳能电池光吸收的研究

基于共轭聚合物给体材料P3HT和富勒烯衍生物受体材料PCBM共混的体异质结结构 的聚合物太阳能电池因其空穴载流子迁移率低而限制了P3HT:PCBM功能层厚度, 从而影响了器件对入射光的吸收. 在聚合物功能层内引入金属纳米颗粒可以利用金属表面等离子体效应增强器件内电场并改善器件的光吸收. 本文基于时域有限差分法(finite difference time domain, FDTD)方法模拟得到了聚合物功能层内包含了直径为50 nm纳米银球并且球间距为50 nm的聚合物太阳能 电池器件在波长分别为400 nm和500 nm照射时的二维光电场分布以及入射角分别为15°, 45°, 60°时包覆纳米银聚合物功能层横截面内的光电场强度分布; 计算得到了银纳米颗粒尺寸分别为10 nm, 20 nm和50 nm时以及分布在空穴传输层PEDOT:PSS的纳米银器件的光吸收; 并计算了斜入射时包覆纳米银的聚合物功能层光吸收. 理论分析表明: 聚合物功能层加入纳米银球后, 因为纳米银球的表面等离子体效应使入射光在功能层内散射增强而使器件内的光电场重新分布; 直径较大的纳米银颗粒能产生大角度的光散射, 更有利于聚合物功能层对光的吸收. 这里, 基于有机银盐还原法制备了纳米银颗粒并制备了银等离子体增强的聚合物太阳能电池, 其结构为: glass/ITO (～100 nm)/PEDOT:PSS (40 nm)/P3HT:PCBM (～100 nm)(nano-Ag)/LiF (1 nm)/Al (120 nm). 该器件与平板器件的性能对比实验证实: 通过在聚合物功能层内上引入纳米银颗粒可以有 效增加器件光吸收并改善器件电学性能, 器件外量子效率在520 nm处最大增加了17.9%. 关键词： 纳米银 表面等离子体共振 时域有限差分 聚合物太阳能电池     

体异质结有机太阳能电池性能提高的研究

制备了四种不同结构的有机太阳能电池器件,器件1 ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C₆₀/Al、器件2 ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C₆₀/Al、器件3 ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C₆₀/C₆₀/Al和器件4 ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C₆₀/C₆₀/Al。测量了它们的电流－电压特性,结果显示在ITO和PEDOT∶PSS之间插入一薄层LiF使得器件性能得到较大提高。其器件1的J_SC和FF比器件2的提高了74%和31%; 器件3的J_SC比器件4的提高了约40%。这主要是由于LiF层有效地抑制了空穴向阳极的传输,并且LiF层在ITO和PEDOT:PSS之间形成了良好的界面特性。因此,这种结构上的改进有效地提高了有机太阳能电池的性能。     

电纺ZnO纳米纤维电子传输层提高倒置PTB7∶PC70BM电池效率

研究利用静电纺丝制备的不同直径ZnO纳米纤维作为倒置结构有机太阳能电池的电子传输层对器件转化效率的影响。首先通过静电纺丝技术成功制备了半径在43～110 nm之间的ZnO纳米纤维,然后将ZnO纳米纤维作为电子传输层加入到倒置结构有机太阳能电池（ITO/ZnO∶ZnO nanofiber/PTB7∶PC₇₀BM/MoO₃/Al）。与平面结构的ZnO电子传输层相比,ZnO纳米纤维具有比表面积大等优点,增加了电子传输和抽取能力,提高了器件的光电转化效率。实验发现ZnO纳米纤维的直径越小,电池效率越大。当ZnO纳米纤维直径为(46±5)nm,接收时间为30 s时,作为电子传输层的电池效率提高了8%。     

嵌入Ag纳米颗粒层的DNA忆阻器

构建了具有“Al/DNA-CTMAB/Ag NPs/DNA-CTMAB/ITO”结构的有机忆阻器件, 并对其电流-电压 (I-V)曲线进行测量. 结果表明, 嵌入Ag纳米颗粒层, 不仅可以增强器件的导电性, 而且忆阻特性也显著提高. 当颗粒粒径在15–20 nm范围时, 开-关电流比I_ON/I_OFF能够达到10³. 器件的I-V特性受扫描电压幅值V_A的影响, 随着V_A的增大, 高阻态的电流变化较小, 而低阻态的电流明显增大, 开(或关)电压V_SET (V_RESET)和I_ON/I_OFF增加. 实验还发现, 器件高低阻状态的相互转换取决于外加电场的方向, 说明该忆阻器具有极性.     

Al2O3薄膜/纳米Ag颗粒复合结构的光吸收谱及增强Raman散射光谱研究

Al₂O₃介质薄膜与纳米Ag颗粒构成的复合结构,被应用于表面增强Raman散射探测实验中,其中Al₂O₃介质薄膜对纳米Ag颗粒的吸收谱及增强Raman散射光谱的影响被特别关注.该复合结构的光学特性表征出纳米Ag颗粒的偶极振荡特性.从光吸收谱中可以看到,其共振吸收谱随Al₂O₃介质薄膜厚度增加而在整个谱域上发生红移,表明纳米Ag颗粒的周围介电常数随Al₂O₃介质薄膜厚度的增加而增大.采用罗丹明6G作为探针原子,6个Raman特征峰的平均增益值作为表征表面增强Raman散射衬底增益程度的量度.实验结果表明,Al₂O₃介质薄膜层的引入提高了纳米Ag颗粒的衬底介电常数,并引起了散射共振的增强,从而使表面增强Raman散射强度提高. 关键词： 纳米Ag薄膜 共振吸收 表面增强Raman散射 介电常数     

基于金颗粒自组装烷基硫醇为缓冲层的有机太阳能电池

有机活性层和无机电极的界面修饰影响到有机太阳能电池性能。本文引入金纳米颗粒自组装烷基硫醇,改善有机/无机的界面。制备“ITO/金颗粒-硫醇自组装缓冲层/聚3-己基噻吩(P3HT)∶[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)/LiF/Al电极”结构的器件。自组装硫醇防止了因金颗粒与活性层直接接触导致的激子猝灭效应。我们研究了金纳米颗粒自组装不同链长的烷基硫醇对器件性能的影响,烷基硫醇的烷基链越长,硫醇对金颗粒的覆盖性越好,器件的短路电流越高。金纳米颗粒自组装十二烷基硫醇,短路电流J_SC由5.19 mA·cm-2提升到6.24 mA·cm-2,提高了20%。     

梯度掺杂体异质结对有机太阳能电池光电转换效率的影响

基于传统的体异质结有机太阳能电池结构, 对结构中的混合层改用梯度掺杂的方法, 在AM1.5, 100 mW/cm²光照下, 使得器件的短路电流由原来的7.72 mA/cm²提高到了9.18 mA/cm², 相应的光电转换效率提高了25%. 器件性能的提升归因于梯度掺杂体系的引入使得体异质结混合层中同一材料分子之间形成了较好的连续网络结构, 降低了器件的串联电阻, 提高了电极对载流子的收集效率, 从而提高了器件的光电转换效率. 关键词： 有机太阳能电池 体异质结 梯度掺杂     

基于MoO3/Ag/MoO3透明阳极的顶发射OLED的模拟计算与制备

运用传输矩阵法和正交分析法模拟计算出MoO₃/Ag/MoO₃透明电极的最佳厚度,采用镀膜实验验证模拟计算的准确性,制备了一系列不同MoO₃膜厚度和Ag膜厚度的透明电极。然后,制备了一系列顶发射有机电致发光器件:铝/氟化锂(LiF)/三(8-羟基喹啉)铝(Alq₃)/N,N'-二苯基-N,N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺/三氧化钼(MoO₃)/银(Ag)/三氧化钼(MoO₃),来进一步验证模拟计算运用在器件制备中的准确性。MoO₃(10 nm)/Ag(10 nm)/MoO₃(25 nm)在532 nm处的透射率达到最大值88.256%,以该透明电极制备的器件与参考器件相比,性能有了明显提高,最大亮度和最大效率分别为20 076 cd/m²和4.03 cd/A,提高了18.5%和56%。器件性能的提高归因于顶发射OLED器件透射率的提高和MoO₃对空穴注入能力的提升。     

Enhanced power efficiency of ZnO based organic/inorganic solar cells by surface modification

We present series of strategies to enhance efficiency of ZnO nanorods based organic/inorganic solar cells with spin-coated P3HT:PCBM blend as active layer. The performance of the as-fabricated devices is improved by controlling the size of ZnO nanorods, annealing temperature and time of active layer, surface modification of ZnO with PSBTBT. Optimized device of ITO/ZnO nanorod/P3HT:PCBM/Ag device with PSBTBT surface modification and air exposure reaches an efficiency of 2.02% with a short-circuit current density, open-circuit voltage and fill factor of 13.23 mA cm⁻², 0.547 V and 28%, respectively, under AM 1.5 irradiation of 100 mW m⁻², the increase in efficiency is 7-fold of the PSBTBT surface modified ITO/ZnO nanorods/P3HT:PCBM/Ag device compared with the unmodified one, which is own to the increased interface contact, expanded light absorption, tailored band alignment attributed to PSBTBT. We found exposure to air and surface modification is crucial to improve the device performance, and we discussed the mechanisms that affect the performance of the devices in detail.     

基于电场调控的高性能紫外无机-有机复合结构光电探测器

通过溶液旋涂制备了结构为ITO/ZnO/P3HT:ITIC/Ag的紫外无机-有机复合结构光电探测器,混合膜中聚合物给体(P3HT)和非富勒烯小分子受体(ITIC)的质量比为100:1.由于载流子传输通道不连续,器件在零偏压下的暗电流密度很小,为5.8×10-10 A·cm-2,为器件实现外加电场可调和光电流倍增提供了条...     

Ag纳米颗粒对有机小分子太阳能电池性能的改善

在有机小分子太阳能电池CuPc/C60和TiOPc/C60的阳极ITO表面分别制备了一层Ag纳米颗粒,并采用MoO3作为阳极缓冲层,器件的性能均得到有效改善.Ag纳米颗粒的引入所形成的表面等离子激元共振可显著提高有机光活性层的吸收效率和光生激子的分解效率;而MoO3有效抑制了光生激子在有机/金属界面处发生的猝灭,提高了...     

基于Ag/Ge/Ag阳极的as

通过在Ag层中引入一层Ge薄膜, 获得了具有低反射率和高反射相移的Ag/Ge/Ag复合阳极, 并制备了基于该阳极的蓝光顶发射有机电致发光器件.阳极高的反射相移使得器件在有机层厚度为100 nm时获得了顶发射蓝光发射, 且阳极较低的反射率减弱了器件内的微腔效应, 使得其电致发光光谱在不同视角下具有良好的稳定性.当Ge的厚度为20 nm时, 器件性能表现最为优良, 最高亮度和最大电流效率分别可达3 612 cd/m²和5.4 cd/A, 且色坐标在视角从0°变化到60°时仅移动了(0.007, 0.006).     

In_2O_3:Sn中间层改善B掺杂ZnO薄膜的性能及其应用研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长的掺硼氧化锌(BZO)薄膜,具有天然的"类金字塔"绒面结构,作为硅基薄膜太阳电池的前电极具有良好的陷光效果.但直接获得的BZO薄膜表面形貌过于尖锐,影响后续硅基薄膜材料生长质量及太阳电池的光电转换效率.本文设计了以一层超薄In2O3:Sn(ITO)薄膜(～4 nm厚度)作为中间层的多层膜,并通过对顶层BZO薄膜的厚度调制,改善BZO薄膜的表面特性,薄膜结构为:glass/底层BZO/ITO/顶层BZO.合适厚度的顶层BZO薄膜有助于获得类似"菜花状"形貌特征,尖锐的表面趋于"柔和",而较厚的顶层BZO薄膜仍然保持"类金字塔状"结构."柔和"的BZO薄膜表面结构有助于提高后续生长薄膜电池的结晶质量.将获得的新型"三明治"结构多层膜应用于p-i-n型氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池,相比传统的BZO薄膜,电池的量子效率QE在500—800 nm波长范围提高了～10%,并且电池的Jsc和Voc均有所提高.     

不同密度银纳米粒子对氧化锌基发光二极管发光的增强

采用分子束外延法制备不同密度的银纳米粒子(AgNPs)修饰的局域表面等离子体共振增强n-ZnO/iZnO/MgO/p-GaN异质结发光二极管(LEDs),并对其电学及光学性质进行表征。结果显示:LEDs中引入适当浓度的AgNPs有利于AgNPs局域表面等离子体激元与ZnO激子相耦合,可以显著提高器件的电致发光性能;随着AgNPs浓度的增加,LEDs发光增强倍数先增大后减小,分析认为这是AgNPs局域表面等离子体共振耦合增强过程和AgNPs的消光过程两者之间相互博弈而导致的结果。     

单靶溅射制备铜锌锡硫薄膜及原位退火研究

采用衬底加热溅射铜锌锡硫(CZTS)四元化合物单靶制备CZTS薄膜,并研究原位退火对制备薄膜的影响.结果表明:在溅射结束后快速升温并保持一段时间,所得到的样品相比于未原位退火的CZTS薄膜结晶质量更好,且表面更平整致密;原位退火后的CZTS薄膜太阳电池性能参数也相应地有所提升,其开路电压(V_(OC))为575 mV,短路电流密度(J_(SC))为8.32 mA/cm~2,光电转换效率达到1.82%.