基于PBDT-TT-F∶PCBM体异质结红光探测器的光电特性

采用旋涂工艺与蒸镀工艺结合的方法制备了PBDT-TT-F∶PCBM体异质结红光探测器,研究了活性层的混合比例和厚度、退火温度等因素对器件光电特性的影响。实验结果表明:活性层PBDT-TT-F∶PCBM的混合质量比为1∶1.5、厚度为150 nm、退火温度为100℃、时间为15 min时制备的器件性能最佳,在波长为650nm、功率为6.6 m W/cm~2的光照下,探测器光电流密度可达到0.85 m A/cm~2,光响应度达到128 m A/W。     

溶剂预处理结合热退火提升聚噻吩结晶度及其光伏性能

活性层的微观形貌在很大程度上决定了聚合物光伏器件的性能表现并依赖于制备工艺条件。为了改善薄膜内部分子排布结构并追求较高的器件光电转化效率,采用溶液法制备了基于P3HT∶PCBM的聚合物太阳能电池(器件结构:ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PCBM/Al),通过改变器件制备流程中活性层退火处理工艺,研究了热退火、溶剂退火以及溶剂预处理结合热处理的双重退火对聚合物太阳电池性能的影响。研究发现:双重退火的光伏器件的各项性能参数均优于单一退火处理器件,获得了3.25%的光电转化效率。原子力显微镜及X射线衍射仪的表征结果进一步证明:双重退火处理能够在促进聚合物给体良好有序结晶的同时保证共混组分适度地相分离,从而有利于光生激子的解离以及载流子的传输。     

基于苯并二噻吩聚合物所制备的三元光电探测器的特性

本文采用P3HT∶PTB7∶PC⁶¹BM为活性层,制备了覆盖可见光范围的三元体异质结有机光电探测器(organic photodetectors,OPDs).利用原子力显微镜、紫外可见吸收光谱和荧光光谱等手段研究了PTB7添加到P3HT∶PC61BM体系中对OPDs光学和电学性质的影响,发现当P3HT∶PTB7∶PC61BM的质量比为8∶2∶10时,三元混合层的响应光谱扩展到780 nm,OPDs的响应度R在630,530,460 nm的光照和–1 V偏压下分别达到178,291,241 mA/W,比探测率D^*达到10¹² Jones,并与课题组之前成果P3HT∶PBDT-TT-C∶PC61BM为活性层的三元有机光电探测器做了对比.分析了两种基于苯并[1,2-b∶4,5-b]二噻吩(BDT)单元的聚合物PTB7与PBDT-TT-C分别添加到同一体系P3HT∶PC₆₁BM中产生的器件性能差距的现象,解释了PTB7由于氟原子的引入,对混合薄膜微观形貌的影响和对薄膜中光生载流子迁移率的提升的原因.这为制备性能更好的有机光电探测器提供了理论依据和方法.     

磁场对P3HT:PCBM活性层的薄膜形貌及光电性能的影响

以P3HT(Poly(3-Hexylthiophene))为电子给体,PCBM([6,6]-Phenyl C61Butyric Acid Methyl Ester)为电子受体,在活性层P3HT:PCBM的退火过程中,利用磁场对活性层有机分子的排列取向作用,制备了有机体异质结太阳能电池。研究结果表明:当磁场强度为0.9MA/m时,器件的短路电流密度从7.414A/cm2提高到8.332A/cm2,填充因子也相应地增加,但开路电压却有所降低,最高的光电转换效率为2.562%。由光致发光光谱和原子力显微图像可知,磁场对活性层的结晶度、内部分子排列和表面形貌都有明显的影响。     

磁场对P3HT:PCBM活性层的薄膜形貌及光电性能的影响北大核心CSCD

以P3HT(Poly(3-Hexylthiophene))为电子给体,PCBM([6,6]-Phenyl C61Butyric Acid Methyl Ester)为电子受体,在活性层P3HT:PCBM的退火过程中,利用磁场对活性层有机分子的排列取向作用,制备了有机体异质结太阳能电池。研究结果表明:当磁场强度为0.9MA/m时,器件的短路电流密度从7.414A/cm2提高到8.332A/cm2,填充因子也相应地增加,但开路电压却有所降低,最高的光电转换效率为2.562%。由光致发光光谱和原子力显微图像可知,磁场对活性层的结晶度、内部分子排列和表面形貌都有明显的影响。     

微纳光栅结构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.在聚合物功能层表面引入微纳光栅结构可以使器件内电场重新分布并改善器件的光吸收.本文基于时域有限差分方法仿真得到了光栅周期为1μm,占空比为0.5以及入射波长分别为500和700 nm时二维器件内光电场分布;并基于严格耦合波分析方法计算得到了不同光栅深度和光栅占空比的器件光吸收.理论分析表明:插入微纳光栅结构后,由于光栅衍射增强作用使器件内出现了光聚焦现象;当占空比为0.5时,光栅深度为10 nm的器件在入射波长为512 nm时,器件光学吸收增加了4.2%.基于聚二甲基硅氧烷的微压印技术,制备了微纳光栅结构聚合物太阳能,器件结构为ITO/PEDOT:PSS光栅层/P3HT:PCBM/LiF/Al.该器件与平板器件的性能对比实验证实,通过在PEDOT:PSS上引入微纳光栅结构,器件能量转化效率增加了31%.     

溶剂预处理结合热退火提升聚噻吩结晶度及其光伏性能

活性层的微观形貌在很大程度上决定了聚合物光伏器件的性能表现并依赖于制备工艺条件。为了改善薄膜内部分子排布结构并追求较高的器件光电转化效率,采用溶液法制备了基于P3HT：PCBM的聚合物太阳能电池（器件结构:ITO/PEDOT：PSS/P3HT：PCBM/Al）,通过改变器件制备流程中活性层退火处理工艺,研究了热退火、溶剂退火以及溶剂预处理结合热处理的双重退火对聚合物太阳电池性能的影响。研究发现:双重退火的光伏器件的各项性能参数均优于单一退火处理器件,获得了3.25%的光电转化效率。原子力显微镜及X射线衍射仪的表征结果进一步证明:双重退火处理能够在促进聚合物给体良好有序结晶的同时保证共混组分适度地相分离,从而有利于光生激子的解离以及载流子的传输。     

TiO2光学间隔层增强聚合物太阳能电池光吸收的分析

基于共轭聚合物给体材料聚3-己基噻吩（P3HT）和富勒烯衍生物受体材料（6,6）-苯基-C61（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、在聚合物功能层和反射电极间插入TiO₂光学间隔层可以使器件内电场重新分布并改善器件的光吸收.基于薄膜传递矩阵法计算了不同的P3HT:PCBM功能层厚度和TiO₂插入层厚度的器件内光电场和光吸收.理论分析证明:器件结构为铟锡氧化物（ITO）（100 nm）/聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS（40 nm）/P3HT:PCBM/TiO₂/LiF（1 nm）/Al（120 nm）时,插入10 nm厚的TiO₂膜层可以使器件的聚合物功能层厚度在减薄25 nm的同时增加16.3%的光子吸收数,并且不明显降低功能层的激子分离概率,即功能层和TiO₂光学间隔层厚度分别约为75和10 nm时的器件性能为宜,此结果通过器件性能实验得以证实.     

利用双给体实现可见光范围高探测率 有机光电探测器

采用P3HT∶PBDT-TT-C∶PC_(61)BM为活性层,通过溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了覆盖可见光范围的高探测率有机光电探测器.利用原子力显微镜、紫外可见吸收光谱和荧光光谱研究了窄带隙聚合物红光吸收材料PBDT-TT-C掺入P3HT∶PC_(61)BM对活性层薄膜光学特性和器件电学特性的影响.研究发现当活性层中P3HT∶PBDT-TT-C∶PC_(61)BM质量比为8∶2∶10时,活性层的响应光谱范围拓宽到350～780 nm.其探测器在-1 V偏压下红绿蓝三基色的光响应度和外量子效率分别达到了422 mA/W、464 mA/W、286 mA/W和83%、108%、77%,比探测率均达到10~(12)Jones以上.结果表明,在有机光电探测器活性层中掺入吸收光谱互补的有机材料,在保证薄膜微观形貌的基础上,通过调节三元混合材料的质量比,不仅可以优化载流子的产生和输运,提高器件的光电流,还可通过第三组分的掺入促进薄膜结晶,减小器件的暗电流.     

基于透射率曲线确定聚合物太阳能电池功能层的光学常数和厚度

本文介绍了一种确定聚合物太阳能电池功能层光学常数和厚度的方法. 该方法借助于特定的色散模型拟合透射率测试曲线以获得功能层光学常数和厚度值. 文中比较了Forouhi-Bloomer和Lorentz-Oscillator模型在体异质结薄膜的透射率拟合计算中的适用性, 计算了poly(3-hexylthiophene)(P3HT)/[6,6]-phenylC₆₁-butyric acid methyl ester (PCBM)和 poly[2-methoxy-5-5(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene](MEH-PPV)/PCBM体异质结薄膜的光学常数和厚度. 拟合得到的曲线与实验曲线符合良好, 厚度计算的结果与台阶仪测量结果保持一致, 误差小于4%. 进一步分析得到的热退火和加入高沸点溶剂添加剂后P3HT/PCBM薄膜的光学常数和光学禁带值与相应器件伏安特性相符. 该方法适用于所有体异质结的功能层, 可用于聚合物太阳能电池的膜系优化和在线检测.