有机太阳能电池研究进展

为了减轻当前能源危机所带来的压力,各国在太阳能电池等清洁能源领域投入了大量的人力、物力和财力.由于有机太阳能电池具有独特的优点(有机材料易于修饰,器件制备方法简便且可制备出柔韧器件),并且随着相关研究的深入,有机太阳能电池的能量转换效率逐步得到提高,这昭示了有机太阳能电池商业化的美好前景,目前已经有大批科研工作者投身于有机太阳能电池领域的研发工作.文章从太阳能电池小分子材料、聚合物材料和提高有机太阳能电池能量转换效率的方法这三方面入手,对有机太阳能电池领域进行综述.     

阳极缓冲层修饰对聚合物太阳能电池性能的影响

为提高聚合物太阳能电池的能量转换效率,将聚乙二醇(PEG)掺入PEDOT∶PSS阳极缓冲层,研究了阳极缓冲层修饰对聚合物太阳能电池性能的影响。首先研究了聚乙二醇对PEDOT∶PSS薄膜电导率的影响,发现PEG会与PEDOT和PSS相互作用,使得PEDOT链重新排布,有利于电荷载流子的传输,从而显著改善了PEDOT∶PSS薄膜的电导率,当PEDOT∶PSS中掺入体积分数为2%~4%的PEG时,可得到较大的电导率。然后,以PEG修饰的PEDOT∶PSS薄膜作为阳极缓冲层制备了聚合物太阳能电池,研究了PEG的掺入对聚合物太阳能电池性能的影响。实验发现,PEG改善的PEDOT∶PSS电导率有利于提高电池的短路电流密度和填充因子,从而改善了器件光伏性能。当PEDOT∶PSS中掺入体积分数为2%的PEG时,聚合物太阳能电池的能量转换效率最高,比未掺杂的器件提高了24.4%。     

溶剂效应对聚苯撑乙烯掺杂苝二酰亚胺太阳电池性能的影响

研究了不同溶剂对2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-对苯撑乙烯(MEH-PPV): N,N′-二(1-乙基丙基)-3，4，9，10-苝四羧酸二亚酰胺(EP-PTC)复合膜的形貌及其对以MEH-PPV: EP-PTC复合膜为活性层的太阳电池性能的影响.结果表明：非芳香性溶剂不利于MEH-PPV与EP-PTC的相容，MEH-PPV与EP-PTC两相间形成微米尺寸(0.5—5 μm)的相分离，因而以MEH-PPV: EP-PTC复合膜为活性层的太阳电池中的电荷分离效率较低，进而电池的能量转换效率较低.而 关键词： 太阳电池 相分离 能量转换效率     

溶剂效应对聚苯撑乙烯掺杂二酰亚胺太阳电池性能的影响

研究了不同溶剂对2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-对苯撑乙烯(MEH-PPV):N,N′-二(1-乙基丙基)-3,4,9,10-四羧酸二亚酰胺(EP-PTC)复合膜的形貌及其对以MEH-PPV:EP-PTC复合膜为活性层的太阳电池性能的影响.结果表明:非芳香性溶剂不利于MEH-PPV与EP-PTC的相容,MEH-PPV与EP-PTC两相间形成微米尺寸(0.5—5μm)的相分离,因而以MEH-PPV:EP-PTC复合膜为活性层的太阳电池中的电荷分离效率较低,进而电池的能量转换效率较低.而芳香性溶剂有利于MEH-PPV与EP-PTC的相容,MEH-PPV与EP-PTC两相间能形成纳米尺度的相分离,因此MEH-PPV与EP-PTC两相间的界面面积明显增加,界面处的电荷分离概率明显提高.与非芳香性溶剂相比,基于芳香性溶剂的复合膜太阳电池的能量转换效率提高了20倍.     

聚合物和小分子叠层结构有机太阳电池研究

旋涂法和真空蒸发结合制备了MEH-PPV:PCBM体异质结和CuPc/C60有机小分子叠层有机太阳电池. 测试结果表明:MEH-PPV:PCBM有源层和Ag中间层分别为50 nm和0.5 nm时,与同等厚度有源层的MEH-PPV:PCBM体异质结器件和CuPc/C60小分子器件相比,叠层器件太阳能转换效率大大提高,达到了1.86%. 关键词： 聚(2-甲氧基,5-(2-乙基-乙氧基)-对苯乙炔) 铜酞菁 叠层结构 太阳电池     

阴极修饰层对 SubPc/C60 倒置型有机太阳能电池性能的影响

采用Cs₂CO₃, 石墨烯(graphene):Cs₂CO₃混合材料和 ZnO 纳米颗粒作为阴极修饰材料, 研究了不同阴极界面修饰层对基于SubPc/C₆₀的倒置结构的有机太阳能电池性能的影响. 结果表明: 引入适当厚度的阴极修饰层, 可以提高器件的性能和稳定性; 尤其是基于Cs₂CO₃以及graphene:Cs₂CO₃混合阴极修饰层的光伏器件, 能量转换效率(PCE)提高了2倍; 同时, 采用ZnO纳米颗粒作为阴极修饰层的器件, 开路电压(V_OC)达到0.89 V, 并且器件的PCE 提高了4倍多. 此外, 不同电极修饰材料和倒置结构的引入可以有效防止器件串连电阻的升高, 从而提高器件的稳定性. 关键词： 倒置型 阴极修饰层 有机太阳能电池 稳定性     

基于金纳米棒@二氧化硅表面等离子体共振增强的有机太阳能电池

把包裹SiO₂的金纳米棒（Au NRs@SiO₂）掺杂到有机太阳能电池的活性层中,利用表面等离子体共振效应来增强活性层对光的吸收,从而提高有机太阳能电池的能量转换效率。研究了不同掺杂浓度和不同包裹厚度对电池性能的影响。结果表明,掺杂浓度为1.5%时,器件性能最佳,能量转换效率达到4.02%;SiO₂壳层厚度为3 nm时,转换效率达到4.38%,较标准电池提升了29.2%。     

多环类苝四甲酸二酐插入层对ZnO纳米棒和聚合物复合太阳电池性能的影响

以ZnO纳米棒和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑](MEH-PPV)的复合体系作为光敏层制备了太阳电池.为了增大电池的光吸收,在ZnO纳米棒与MEH-PPV之间插入了有机n型小分子多环类苝四甲酸二酐(PTCDA),制备了不同厚度的PTCDA、结构为ITO/ZnO纳米棒/PTCDA/MEH-PPV/Au的太阳电池.实验发现,插入PTCDA后,电池在可见光区的吸收增强,光生激子数量增大,光电流密度增大.当蒸镀的PTCDA厚度为40 nm时,薄膜的粗糙度适中,表面形貌较为平滑,器件性 关键词： 有机太阳电池 ZnO纳米棒 聚合物     

金纳米四面体增强有机太阳电池光吸收及光伏性能研究

为增强有机太阳能电池的光利用率,提高能量转换效率,本文合成了金四面体形状的纳米粒子,并用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)包裹形成了核壳结构的金纳米四面体(Au@PSS tetrahedra NPs).将其掺杂到有机太阳能电池空穴提取层与活性层的界面处,利用表面等离子体共振效应来增强活性层对光的吸收,从而提高有机太阳能电池的能量转换效率.研究了掺杂浓度和PSS包裹厚度对电池性能的影响.结果表明:掺杂浓度为6%时,器件性能最佳,能量转换效率达到3.08%; PSS壳层厚度优化为2.5 nm时,转换效率达到3.65%,较标准电池提升了22.9%.电池性能的改善主要源于金四面体纳米粒子的共振吸收峰位于给体材料吸收谱范围内,纳米粒子的共振促进了给体的吸收,同时PSS壳层的引入促进了激子的解离和电荷的转移,上述因素的改善提升了电池的短路电流、填充因子和转换效率.     

MEH-PPV与TiO2共混体系太阳电池性能分析

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene)为电子给体材料(Donor,D),TiO2纳米线为电子受体材料(Aceeptor,A),制成了共混体系太阳电池.从D/A材料共混体系的紫外可见吸收光谱(UV-vis)、光荧光谱(PL)、器件的电荷传输的光导J-V图等方面,分析了MEH-PPV:TiO2体系器件性能变化的原因.得出了当在纯MEH-PPV中掺入TiO2纳米线时,共混体系的太阳电池性能大幅度增加,当D/A比例为1:3时,其太阳电池在AM1.5光照下,其开路电压Voc为0.7 V,短路电流密度Jsc为0.3 mA/cm2填充因子FF为30.5%,能量转换效率n为0.091%.其能量转换效率比纯MEH-PPV作为活性层器件提高近60倍.发现当共混体系用苯硫酚溶剂回流时,其器件性能又提高了近一倍.     

掺杂CuPc的MEH-PPV/PCBM有机太阳电池研究

采用旋涂法制备了掺杂铜酞菁(CuPc)的聚(2-甲氧基,5-(2-乙基-乙氧基)-对苯乙炔)(MEH-PPV)/ 富勒烯衍生物(PCBM)有机太阳电池. 测试结果表明:掺杂15% CuPc的MEH-PPV/PCBM太阳电池效率(1.41%)比标准的MEH-PPV/PCBM太阳电池(1.26%)提高12%. 器件的吸收谱和迁移率测试表明CuPc导致的吸收谱增强和迁移率提高是器件效率提高的主要原因. 关键词： 有机太阳电池 CuPc掺杂 MEH-PPV/PCBM器件     

不同厚度的活性层及阴极的改变对聚合物太阳电池性能的影响

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene))为电子给体材料, PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-1-phenyl-(6,6)C₆₁)为电子受体材料, 制成了共混体系太阳电池.研究了不同厚度活性层对太阳电池性能的影响.结果表明, 活性层厚度为100 nm时,太阳电池具有最佳性能.活性层厚度的增加,增大了光生电荷的复合,减少了太阳电池的填充因子,从而减少了太阳电 关键词： 太阳电池 厚度 电极 性能     

MEH-PPV与TiO2共混体系太阳电池性能分析

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2′-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene)为电子给体材料(Donor,D), TiO₂纳米线为电子受体材料(Acceptor,A),制成了共混体系太阳电池. 从D/A材料共混体系的紫外可见吸收光谱(UV-vis)、光荧光谱(PL)、器件的电荷传输的光导J-V图等方面,分析了MEH-PPV∶TiO₂体系器件性能变化的原因. 得出了当在纯MEH-PP 关键词： 太阳电池 聚合物 性能     

Photovoltaic characteristics of hybrid MEH-PPV-nanoparticles compound

Organic solar cell research has vastly developed in recent years. These organic solar cells however are still limited to low power conversion efficiencies. This has led to the generation of photovoltaic cells based on hybrid nanoparticle-organic polymer materials. The hybrid solar cell has the potential of bridging the efficiency gap which is present in organic and inorganic semiconductor materials. This paper focuses on characterization of fabricated hybrid active layer consisting of organic polymer infused with semiconductor nanoparticles. The active layer was deposited on the substrate using the spin coating technique. Materials used in the active layer are poly (2-methoxy, 5-(2-ethyl hexyloxy) p-phenyl vinylene) MEH-PPV, cadmium telluride (CdTe) and cadmium sulphide (CdS). The fabricated solar cells with active layer of MEH-PPV only were found to have a power conversion efficiency of 0.1% for 1 W, hybrid cell with active layer of MEH-PPV/CdTe has power conversion efficiency of 0.15% for 1 W and hybrid cell with active layer of MEH-PPV/CdTe/CdS has power conversion efficiency of 0.18% for 1 W.     

Enhanced quantum efficiency in polymer electroluminescence devices by inserting an ultrathin PMMA layer

We report an increase of electroluminescence (EL) efficiency by about two times for poly(2-methoxy-5-(2′-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene) (MEH-PPV) based polymer light-emitting diodes (PLED) while employing an ultrathin layer of poly(methyl methacrylate) (PMMA) between a hole injection layer, polyethylenedioxythiophenne:polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS) and an emitting layer, MEH-PPV. The peak power efficiency of the control device (ITO/MEH-PPV/LiF/Al) was 0.42 lm/W with a current efficiency of 0.66 cd/A. The device with the optimized thickness of PMMA interface layer shows the highest power efficiency of 1.15 lm/W at a current efficiency exceeding 1.83 cd/A. The significant improvement in the device performance is attributed to the decrease of holes injection and the promotion of electrons injection, which cause the balance of the carriers within the emitting layer.     

Enhanced Efficiency of Polymer： Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells with the Insertion of Thin TiO2 Layer near the LiF/A1 Electrode

The insertion layer of TiO2 between polymer-fullerene blend and LiF/AI electrode is used to enhance the shortcircuit current Isc and fill factor （FF）. The solar cell based on the blend of poly[2-methoxy-5-（2＇-ethylhexyloxy）- 1,4-phenylenevinylene] （MEH-PPV） and C60 with the modifying layer of TiO2 （about 20nm） shows the open- circuit Voc of about 0.62 V, short circuit current Isc of about 2.35 mA/cm^2, filling factor FF of about 0.284, and the power conversion efficiency （PCE） of about 2.4% under monochromatic light （50Onto） photoexcitation of about 17mW/cm^2. Compared to ceils without the TiO2 layer, the power conversion efficiency increases by about 17.5%. Similar effect is also obtained in cells with the undoped MEH-PPV structure of ITO/PEDOT：PASS/MEH- PPV/（TiO2）LiF/AI. The improved solar cell performance can be attributed to enhanced carrier extraction efficiency at the active layer/electrode interfaces when TiO2 is inserted.     

含新型噁二唑类电子传输层的有机发光二极管性能研究

含吡啶基的噁二唑类材料(PDPyDP)作为一种新型的电子传输层被有效地应用于可溶性聚对苯乙炔(MEHPPV)为发光层的双层结构的有机发光二极管器件中,并将其光电性能与MEHPPV的单层结构器件及分别含苯环(PDPDP)和反1,2亚乙烯基(PDVDP)的另外两种二唑类电子传输层的双层结构器件进行比较.EL光谱测量表明,它们的发光均来自于MEHPPV层,而它们相似的器件电流和光输出随驱动电场变化的规律表明这些器件中相似的电荷转移过程,但电致发光阈值电场对于双层结构器件来说低于单层结构器件,而插入PDPyDP层的器件,其阈值电场最低.在电流密度为50mA/cm²时,单层器件及各插入PDVDP、PDPDP和PDPyDP的双层器件的外量子效率相对值分别为3×10^-3%,5×10^-3%,2×10^-2%和0.1%.并分析了插入PDPyDP使器件发光性能提高最为明显的原因.通过将此类器件的结构等作进一步优化,其最佳量子效率可高达1.44%.     

Polymer solar cells based on a PEDOT:PSS layer spin-coated under the action of an electric field

In the process of fabrication of polymer photovoltaic(PV) devices,poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS) thin film,acting as an anode buffer layer,is spin-coated under the action of an electric field.The PV devices with a PEDOT:PSS layer spin-coated under the action of a static electric field exhibit improved short-circuit current density(J sc) and power conversion efficiency(PCE).The investigation of morphology shows that the appropriate intensity of the electric field can increase the roughness of the surface of the PEDOT:PSS layer,which results in improved contact between the anode and hole transport layer and thus enhances the J sc of the devices.Chemical analysis is also provided by x-ray photoelectron spectroscopy(XPS) spectra.