掺杂PEDOT ∶PSS对聚合物太阳能电池性能影响的研究

研究了掺杂后poly(3,4-ethylene dioxythiophene):poly(styrenesulphonic acid)(PEDOT ∶PSS)电导率的变化以及掺杂PEDOT ∶PSS薄膜对聚合物太阳能电池器件性能的影响. 实验发现,向PEDOT ∶PSS中掺入极性溶剂二甲基亚砜(DMSO)明显提高了薄膜的电导率,掺杂后的电导率最大值达到1.25 S/cm,比未掺杂时提高了3个数量级. 将掺杂的PEDOT ∶PSS薄膜作为缓冲层应用于聚合物电池 (ITO/PEDOT ∶PSS/P3HT ∶PCBM/LiF/Al) 中,发现高电导率的PEDOT ∶PSS降低了器件的串联电阻,增加了器件的短路电流,从而提高了器件的性能. 最好的聚合物太阳能电池在100 mW/cm²的光照下,开路电压(V_oc)为0.63 V,短路电流密度(J_sc)为11.09 mA·cm^-2,填充因子(FF)为63.7%,能量转换效率(η)达到4.45%. 关键词： PEDOT ∶PSS 电导率 聚合物太阳能电池 能量转换效率     

阳极界面修饰对钙钛矿太阳能电池性能的影响

采用在聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)∶Poly(styrenesulfonate),PEDOT∶PSS)阳极界面层上直接旋涂二甲基亚砜(Dimethyl Sulfoxide,DMSO)的方法,对PEDOT∶PSS薄膜进行修饰,以提高所制得的钙钛矿太阳能电池器件性能.在5000rpm转速条件下旋涂DMSO后,器件的能量转换效率达到11.43%,与PEDOT∶PSS阳极界面层未做任何修饰的器件相比,效率提高了29.15%.测试表征了修饰前后PEDOT∶PSS薄膜的透光性、表面形貌、电导率、器件的外量子效率曲线以及器件在光照和暗态下的J-V特性曲线,分析了器件性能提高的原因.结果表明:经过修饰的PEDOT∶PSS薄膜导电性显著增强,从而更加有利于器件阳极对空穴的抽取和收集;较未修饰时,器件的短路电流密度得到了大幅度提升,进而使得器件获得更高的能量转换效率.     

PEG掺杂对钙钛矿太阳能电池的影响

为了提高钙钛矿太阳能电池的能量转化效率,减小回滞现象,研究了聚乙二醇(PEG)掺杂钙钛矿太阳能电池阳极修饰层PEDOT∶PSS对器件性能的影响。通过电容-电压(C-V)测试分析了PEDOT∶PSS修饰层和钙钛矿层之间的界面电荷积累情况,通过电流密度-时间(J-T)瞬态光电流的测量研究了修饰层和钙钛矿层之间缺陷态情况。结果表明,PEG掺杂阳极修饰层提高了器件的短路电流(J_(sc))、开路电压(V_(oc))和填充因子(FF),光电转化效率从7.5%提高到10.0%,光电转化效率提高了33%,经过掺杂后的器件回滞现象明显减弱。这种通过PEG掺杂PEDOT∶PSS的方法能够减少器件界面处的电荷积累和缺陷态,从而减小器件的回滞现象,提高器件的能量转化效率。     

紫外臭氧处理超薄银修饰ITO电极的高效柔性有机太阳能电池（英文）

以紫外臭氧处理超薄Ag复合MoO_3或PEDOT∶PSS修饰ITO电极的高效柔性有机太阳能电池。通过优化紫外臭氧处理Ag薄膜的时间,提高了以P3HT∶PCBM为有源层的器件的功率转换效率,从1.68%(未经过紫外臭氧处理)提高到2.57%(紫外臭氧处理Ag 1 min)。提高的原因推测是紫外臭氧处理形成了AgO_x薄膜,提高了电荷提取并使器件具有高光学透明度、低串联电阻和优异的表面功函数等一些性能。并且,紫外臭氧处理Ag薄膜与MoO_3或者PEDOT∶PSS复合修饰ITO的器件效率分别得到提高,Ag薄膜与MoO_3复合修饰ITO的器件效率从2.02%(PET/ITO/MoO_3)提高到2.97%(PET/ITO/AgO x/MoO_3),Ag薄膜与PEDOT∶PSS复合修饰ITO的器件效率从2.01%(PET/ITO/PEDOT∶PSS)提高到2.93%(PET/ITO/AgO x/PEDOT∶PSS)。此外,以PBDTTT-EFT∶PC71BM为有源层的柔性聚合物太阳能电池效率可达6.21%。基于ITO的柔性光电器件效率的提高主要归于ITO被Ag/PEDOT∶PSS或Ag/MoO_3修饰后功函数的提高。     

稀释溶剂对PEDOT∶PSS薄膜和有机太阳能电池性能的影响

采用喷涂技术制备聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)有机层薄膜,系统研究了乙醇、去离子水、甲醇、异丙醇和乙二醇等稀释溶剂对PEDOT∶PSS薄膜形貌、透过率及导电性能的影响。将PEDOT∶PSS薄膜应用于有机太阳能电池器件的制备,研究了不同溶剂对器件性能的影响。实验结果表明:采用乙醇稀释PEDOT∶PSS溶液,能有效抑制PEDOT∶PSS颗粒团聚,降低薄膜粗糙度,提高薄膜的透过率和导电性。以其制备的太阳能电池器件的能量转换效率明显高于其他溶剂稀释,转换效率为2.66%。     

利用Ag_2O/PEDOT:PSS复合缓冲层提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池器件性能的研究

利用Ag2O/PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐)作为复合阳极缓冲层,制备了P3HT:PCBM(聚(3-已基噻吩):富勒烯衍生物)聚合物太阳能电池器件,并通过改变氧化银插入层的厚度来分析复合缓冲层对器件性能的影响.实验发现,具有阳极缓冲层修饰的器件在退火处理后,光伏性能得到了改善.相比于单一PEDOT:PSS缓冲层的器件,Ag2O/PEDOT:PSS复合缓冲层可以增大器件的短路电流密度和外量子效率,使器件效率得到提高.分析表明,退火处理可以有效改善活性层的薄膜形貌,增加光的吸收和激子的解离,而较薄氧化银的引入,可以有效降低阳极处空穴的输运势垒,提高器件空穴收集效率,并能充当化学间隔层,提高器件光伏性能和稳定性.     

紫外臭氧处理超薄银修饰ITO电极的高效柔性有机太阳能电池

以紫外臭氧处理超薄Ag复合MoO₃或PEDOT：PSS修饰ITO电极的高效柔性有机太阳能电池。通过优化紫外臭氧处理Ag薄膜的时间,提高了以P3HT：PCBM为有源层的器件的功率转换效率,从1.68%（未经过紫外臭氧处理）提高到2.57%（紫外臭氧处理Ag 1 min）。提高的原因推测是紫外臭氧处理形成了AgO_x薄膜,提高了电荷提取并使器件具有高光学透明度、低串联电阻和优异的表面功函数等一些性能。并且,紫外臭氧处理Ag薄膜与MoO₃或者PEDOT：PSS复合修饰ITO的器件效率分别得到提高,Ag薄膜与MoO₃复合修饰ITO的器件效率从2.02%（PET/ITO/MoO₃）提高到2.97%（PET/ITO/AgO_x/MoO₃）,Ag薄膜与PEDOT：PSS复合修饰ITO的器件效率从2.01%（PET/ITO/PEDOT：PSS）提高到2.93%（PET/ITO/AgO_x/PEDOT：PSS）。此外,以PBDTTT-EFT：PC₇₁BM为有源层的柔性聚合物太阳能电池效率可达6.21%。基于ITO的柔性光电器件效率的提高主要归于ITO被Ag/PEDOT：PSS或Ag/MoO₃修饰后功函数的提高。     

基于氧化石墨烯空穴传输层的钙钛矿太阳能电池

采用溶液旋涂法在平面异质结型钙钛矿电池中引入氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),制备了GO、GO∶(PEDOT:PSS)复合薄膜和GO/PEDOT∶PSS双层薄膜作为空穴传输层的电池,其光电转换效率分别为1.86%、7.35%、7.69%,基于PEDOT∶PSS空穴传输层的对照电池的效率为7.38%.主要原因是GO具有绝缘性,作为阳极界面层时,随着GO薄膜厚度增加,器件的串联电阻增大,从而降低了电池的短路电流和效率.为提高GO导电性,并改善其功函数,将GO氨化改性后与PEDOT:PSS组合构成双空穴传输层,所得电池取得了7.69%的较高效率,表明该方式是GO用于钙钛矿电池空穴传输层的有效途径.     

优化反式平面钙钛矿太阳电池性能的简便方法——利用PEDOT:PSS与DMSO共混空穴传输层

优化界面接触、增强界面处载流子传输对于提高钙钛矿电池性能具有重要意义。本研究将适量二甲基亚砜（DMSO）添加到聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸盐）(PEDOT∶PSS)空穴传输层中,改善了空穴传输层的导电性和空穴传输特性,有效提高了反式平面钙钛矿太阳能电池光伏性能。短路电流(J_sc)从21.29 mA/cm²提高到22.15 mA/cm²,填充因子（FF）从76.35%提高到80.09%,转换效率（PCE）从16.02%提高到17.01%。薄膜与器件性能综合测试结果表明,DMSO的掺入使PEDOT∶PSS发生适度相分离,形成更好的PEDOT导电通道,增强了PEDOT∶PSS的导电特性。稳态光致发光光谱呈现出显著的荧光猝灭效应,也表明掺杂DMSO后PEDOT∶PSS的空穴提取能力得到提高,钙钛矿活性层与阳极之间的空穴传输更加顺畅,有助于实现高达80%以上的填充因子。本研究为改善反式平面钙钛矿太阳电池或有机太阳电池光伏性能提供了一种高效、简便的方法,具有很好的现实意义。     

稀释溶剂对PEDOT：PSS薄膜和有机太阳能电池性能的影响

采用喷涂技术制备聚3,4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）有机层薄膜,系统研究了乙醇、去离子水、甲醇、异丙醇和乙二醇等稀释溶剂对PEDOT：PSS薄膜形貌、透过率及导电性能的影响。将PEDOT：PSS薄膜应用于有机太阳能电池器件的制备,研究了不同溶剂对器件性能的影响。实验结果表明：采用乙醇稀释PEDOT：PSS溶液,能有效抑制PEDOT：PSS颗粒团聚,降低薄膜粗糙度,提高薄膜的透过率和导电性。以其制备的太阳能电池器件的能量转换效率明显高于其他溶剂稀释,转换效率为2.66%。     

Improving the performance of perovskite solar cells with glycerol-doped PEDOT:PSS buffer layer

In this paper, we investigate the effects of glycerol doping on transmittance, conductivity and surface morphology of poly(3,4-ethylene dioxythiophene):poly(styrene sulfonate))(PEDOT:PSS) and its influence on the performance of perovskite solar cells.. The conductivity of PEDOT:PSS is improved obviously by doping glycerol. The maximum of the conductivity is 0.89 S/cm when the doping concentration reaches 6 wt%, which increases about 127 times compared with undoped. The perovskite solar cells are fabricated with a configuration of indium tin oxide(ITO)/PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbI_3/PC_(61)BM/Al, where PEDOT:PSS and PC_(61)BM are used as hole and electron transport layers, respectively. The results show an improvement of hole charge transport as well as an increase of short-circuit current density and a reduction of series resistance, owing to the higher conductivity of the doped PEDOT:PSS. Consequently, it improves the whole performance of perovskite solar cell. The power conversion efficiency(PCE) of the device is improved from 8.57% to 11.03% under AM 1.5 G(100 mW/cm~2 illumination) after the buffer layer has been modified.     

全湿法制备聚合物电致发光器件

利用全溶液方法制备了聚合物电致发光器件并研究了器件的性能。器件的所有膜层,包括发光层和上电极层均采用溶液湿法获得,完全摒弃了真空蒸镀工艺。利用二次溶剂掺杂获得的PEDOT∶PSS聚合物薄膜的电导率达到608.7 S/cm。在240 nm的厚度时,聚合物电极膜层的面电阻约为68 Ω/□; 当膜层厚度为1 μm时,薄膜的面电阻可低于16 Ω/□。采用溶液滴涂方法制备的高电导PEDOT∶PSS聚合物薄膜作为上电极替代通常所用的铝电极,所制备的聚合物发光器件的开启电压约为4 V。     

NiO透明导电薄膜的制备及在聚合物太阳能电池中的应用

采用磁控溅射法制备出透明导电氧化物NiO薄膜.椭偏(SE)测试表明NiO薄膜在可见光区域透光性良好,通过调节生长、退火温度可调控NiO的折射率.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)手段研究表明,通过退火、改变衬底温度等,可有效改变NiO薄膜的晶体结构以及表面形貌,实现对NiO导电性的调控. 采用优化后的NiO材料为阳极阻挡层制备出的聚合物太阳能电池器件的效率为2.26%,是同等条件下采用 PEDOT:PSS阻挡层的电池器件的3倍以上.     

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。     

聚合物级联发光器件

基于溶液加工方法制备了聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)/氧化锌(ZnO)/乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE)电荷产生层的聚合物级联发光器件, 发现PEDOT∶PSS层电导和厚度对器件的电流-电压特性影响较小, 不同PEDOT∶PSS对器件发光效率的影响主要来自于其对发光层激子不同的猝灭作用, PEDOT∶PSS厚度为60 nm的级联器件比PEDOT∶PSS 厚度为30 nm的级联器件的发光效率稍高, 原因是PEDOT∶PSS较厚时, 其表面形貌更均匀。级联器件的发光效率和驱动电压分别与发光子单元的发光效率和驱动电压之和相近, 说明在较低的电压下电荷产生层就能够有效产生电荷并注入到发光子单元中,级联器件的发光光谱中包含两个发光子单元的发光光谱,说明两个发光子单元在级联器件中都能正常工作。通过对电荷产生层的电容-电压(C-V)特性的测试, 确认了在电荷产生层中存在电荷的积累过程。证明了PEDOT∶PSS/ZnO/PEIE为有效的电荷产生层。首次报道了包含三个SY-PPV发光单元的级联器件, 三个发光子单元发光效率之和与级联器件的发光效率相当, 其最大发光效率和最大外量子效率分别为21.7 cd·A-1和6.95%。在器件亮度为5 000 cd·m-2时, 器件的发光效率和外量子效率分别为20.5 cd·A-1和6.6%。说明并没有由于发光子单元数目增加而影响级联器件的发光效率。并且其发光光谱和发光子单元的发光光谱相接近。通过 进一步降低CGL中空穴注入层对级联器件的影响有望提高级联器件的发光效率。