用CdSe/ZnS量子点提高体异质结有机太阳电池的效率

通过掺杂吸收光谱在可见光波段的量子点可提高聚合物对可见光的吸收,因此掺杂CdSe/ZnS核-壳结构量子点(CQDs)能提高聚(3-己基噻吩):[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(P3HT:PCBM)体异质结太阳电池的能量转换效率.本文研究了CdSe/ZnS量子点在P3HT:PCBM中的不同掺杂比例及其表面配体对太阳电池光伏性能的影响,优化器件ITO(氧化铟锡)/PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸)/P3HT:PCBM:(CdSe/ZnS)/Al的能量转换效率达到了3.99%,与相同条件下没有掺杂量子点的参考器件ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al相比,其能量转换效率提高了45.1%.     

给受体共混质量比对P3HT∶PCBM薄膜结构和器件性能的影响

以聚3-己基噻吩(P3HT)为给体、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)为受体的光伏体系作为研究对象,采用溶剂退火的后处理方法制备薄膜样品,利用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)等测试手段分别对共混膜样品的形貌和结构进行表征,同时利用熵值统计方法对AFM形貌图像进行分析处理.并在此基础上制备太阳能电池器件,其结构为氧化铟锡导电玻璃/聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐/聚3-己基噻吩:[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯/金属铝(ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PCBM/Al),研究了给受体共混比例(质量比)对活性层薄膜以及电池性能的影响.结果表明,受体PCBM含量的增加会影响P3HT给体相的有序结晶,当给受体比例为1∶1时,活性层薄膜具有较宽的紫外-可见吸收特征,且具有较好的相分离和结晶度,基于该样品制备的电池器件其光电转换效率达到三种比例的最大值(2.77％).表明退火条件下,改变给受体比例可以影响活性层的微纳米结构而最终影响电池的光电转换效率.     

改善有机光伏器件性能的新型缓冲层

通过热蒸发在ITO阳极和聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)层之间引入一层聚四氟乙烯（PTFE）缓冲层,研究聚四氟乙烯缓冲层对基于聚3-己基噻吩:6,6-苯基-C61丁酸甲酯(P3HT:PCBM)的有机光伏器件光电特性影响。与使用PEDOT:PSS作为缓冲层的器件相比,使用聚四氟乙烯缓冲层的有机光伏器件开路电压、短路电流和光电转换效率均有所提高。器件光电性能提高的原因是由于PTFE缓冲层大量带负电荷的氟离子在ITO/PTFE界面处形成偶极子层, 改善了内建电场,从而使得空穴电荷的收集更加有利。     

退火处理提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池光伏性能

利用旋转涂膜方法制备了以P3HT:PCBM为有源层的聚合物太阳能电池, 器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al(氧化铟锡导电玻璃/聚二氧乙基噻吩:聚对苯乙烯磺酸/聚三已基噻酚:富勒烯衍生物/铝),研究了退火温度对聚合物太阳能电池性能的影响. 实验发现: 聚合物薄膜经过120 °C退火10 min处理后, 开路电压(V_oc)达到0.64 V, 短路电流密度(J_sc)为10.25 mA·cm^-2, 填充因子(FF) 38.1%, 光电转换效率(PCE)达到2.00%. 为了讨论其内在机制, 对不同退火条件下聚合物薄膜进行了各种表征. 从紫外-可见吸收光谱中发现, 退火处理使P3HT在可见光范围内吸收加强且吸收峰展宽, 特别是在560和610 nm处的吸收强度明显增大; X射线衍射(XRD)结果表明, 120 °C退火后P3HT在(100)晶面上的衍射强度是未退火薄膜的2.8倍, 有利于光生载流子的输运; 原子力显微镜(AFM)研究结果表明, 退火显著增大了P3HT与PCBM的相分离程度, 提高了激子解离的几率; 傅里叶变换红外(FTIR)光谱验证了退火并没有引起聚合物材料物性的变化.     

退火处理提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池光伏性能

利用旋转涂膜方法制备了以P3HT:PCBM为有源层的聚合物太阳能电池, 器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al(氧化铟锡导电玻璃/聚二氧乙基噻吩:聚对苯乙烯磺酸/聚三已基噻酚:富勒烯衍生物/铝),研究了退火温度对聚合物太阳能电池性能的影响. 实验发现: 聚合物薄膜经过120 °C退火10 min处理后, 开路电压(V_oc)达到0.64 V, 短路电流密度(J_sc)为10.25 mA·cm^-2, 填充因子(FF) 38.1%, 光电转换效率(PCE)达到2.00%. 为了讨论其内在机制, 对不同退火条件下聚合物薄膜进行了各种表征. 从紫外-可见吸收光谱中发现, 退火处理使P3HT在可见光范围内吸收加强且吸收峰展宽, 特别是在560和610 nm处的吸收强度明显增大; X射线衍射(XRD)结果表明, 120 °C退火后P3HT在(100)晶面上的衍射强度是未退火薄膜的2.8倍, 有利于光生载流子的输运; 原子力显微镜(AFM)研究结果表明, 退火显著增大了P3HT与PCBM的相分离程度, 提高了激子解离的几率; 傅里叶变换红外(FTIR)光谱验证了退火并没有引起聚合物材料物性的变化.     

给受体共混质量比对P3HT:PCBM薄膜结构和器件性能的影响

以聚3-己基噻吩(P3HT)为给体、[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)为受体的光伏体系作为研究对象,采用溶剂退火的后处理方法制备薄膜样品,利用紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)等测试手段分别对共混膜样品的形貌和结构进行表征,同时利用熵值统计方法对AFM形貌图像进行分析处理.并在此基础上制备太阳能电池器件,其结构为氧化铟锡导电玻璃/聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐/聚3-己基噻吩:[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯/金属铝(ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al),研究了给受体共混比例(质量比)对活性层薄膜以及电池性能的影响.结果表明,受体PCBM含量的增加会影响P3HT给体相的有序结晶,当给受体比例为1:1时,活性层薄膜具有较宽的紫外-可见吸收特征,且具有较好的相分离和结晶度,基于该样品制备的电池器件其光电转换效率达到三种比例的最大值(2.77%).表明退火条件下,改变给受体比例可以影响活性层的微纳米结构而最终影响电池的光电转换效率.     

电极界面缓冲层对P3HT:PC61BM太阳能电池热稳定性的影响

基于溶液法加工制备的聚合物太阳能电池的高温热稳定性是决定器件能否兼容后续高温热封装工艺, 如热压封装、高温原子层沉积(ALD)等的一个关键. 本文分别利用聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)和MoO₃作为阳极缓冲层, 以及ZnO和LiF 作为阴极缓冲层, 制备了结构为氧化铟锡(ITO)/阳极缓冲层/3-己基取代聚噻吩:(6, 6)-苯基C₆₁-丁酸甲酯(P3HT:PC₆₁BM)/阴极缓冲层/Al 的太阳能电池, 系统地比较研究了不同界面缓冲材料对器件光电转换性能及稳定性的影响, 特别是在高温煺火条件下器件的性能稳定性差异. 结果表明, 聚合物太阳能电池的热稳定性同器件的结构以及所用的缓冲层材料有密切的相关性. 其中, 利用MoO₃及ZnO分别作为阳极与阴极界面修饰层的P3HT:PC₆₁BM器件在120-150 ℃的温度范围内能够较好地保持器件的光电转换性能. 这一结果为后续需要高温封装工艺的器件提供了有意义的结构优化指导. 此外, 研究结果还表明利用ZnO作为阴极缓冲层能够改善器件的长时间稳定性.     

掺杂meso-四(对葵酰氧基苯基)卟啉铂的饱和红色聚合物发光器件

在聚2,7-(9,9-二辛基)芴(PFO)和30%的2-(对联苯基)-5-(对叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(PBD)主体材料中掺杂短磷光寿命的meso-四(对正葵酰氧基苯基)卟啉铂（TDPPPt）,制成聚合物基发光器件。 器件结构为：ITO/PEDOT∶PSS/PVK/PFO+30%PBD∶TDPPPt/Ca/Al（ITO:氧化铟锡;PEDOT:聚3,4-乙撑二氧噻吩;PSS：聚苯乙烯磺酸盐;PVK：聚乙烯基咔唑）。 当客体掺杂浓度≥3%时,器件给出饱和的红色发射。 当驱动电压从7 V升高至14 V时,器件发光色度保持不变,CIE(国际发光照明委员会)色坐标稳定在(0.66,0.28）左右。 器件的最大亮度和电流效率分别为1.390 cd/m2和1.34 cd/A。 在电流密度100×10-3和150×10-3 A/cm2时,电流效率分别为1.18和0.99 cd/A,器件在高电流密度下具有良好的稳定性。     

光敏层厚度与退火温度调控对聚3-己基噻吩光电探测器性能的影响

以聚3-己基噻吩(P3HT)为给体材料,富勒烯衍生物(PC61BM)为受体材料,制备了一系列结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM/C60/Al的体异质结光电探测器.研究了120、160、180与200 nm不同光敏层厚度,100、120、130、140与150℃不同退火温度等条件对器件性能的影响,并采用原子力显微镜(AFM)对光敏层形貌进行了分析.研究发现,基于180 nm厚光敏层、150℃退火处理的器件,在-2 V的偏压下550 nm处有最大响应度,为268 mA/W,并且在470~610 nm范围内响应度都超过了200 mA/W;基于180 nm厚光敏层、120℃退火处理的器件有最大线性动态范围,为95 dB.研究表明,适当厚度的光敏层有利于提高光吸收效率与器件的光伏性能;退火处理,可以使光敏层形成均匀的互穿网络结构,进而减小空穴与电子的复合概率,提高器件的光伏性能.     

导电聚合物有序超薄膜的合成及其作为有机电致发光器件空穴注入层

采用修饰多层LB膜的方法制备了导电聚合物聚-3,4-乙烯二氧噻吩/二十烷酸(PEDOT:AA)复合层状有序膜, 构筑了一种导电聚合物镶嵌的多层有序膜结构. 将这种导电聚合物有序薄膜沉积于ITO电极表面, 将其作为有机电致发光二极管(OLED)的空穴注入层, 并研究了ITO/(PEDOT:AA)/MEH-PPV/Al器件的性能. 研究结果表明, 与采用聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)自组装膜和旋涂膜作为空穴注入层的ITO/(PEDOT:PSS)/MEH-PPV/Al器件相比, 器件的发光效率增加, 起亮电压降低. 我们认为这是由于PEDOT:AA薄膜提供了一种有序层状结构后, 减小了ITO与MEH-PPV间的接触势垒, 改善了空穴载流子注入效率. 进一步的研究表明, 由于PEDOT:AA多层膜间靠较弱的亲水、疏水作用结合, 这种导电多层有序膜的热稳定性与普通LB膜相似, 在较高温度下发生从层状有序态到无序态的变化, 这是导致OLED器件性能发生劣化的主要原因.     

可溶液加工的D-A-D型有机小分子的烷基链效应及光电性能

设计合成了3种可溶液加工的基于噻吩给体和2-吡喃-4-亚基丙二氰(PM)受体的新型Donor-Acceptor-Donor(D-A-D)型有机小分子TPT-N, TPT-S和TPT-D. 研究了噻吩给体单元上烷基链的数目对分子的溶解性、 光物理(吸收特性)、 热稳定和光电性能的影响. 结果表明, 随着烷基链的增加, 分子的溶解性增加, 成膜性能提高; 分子在溶液中的吸收光谱发生红移, 薄膜的吸收谱带变窄, 分子的最高占有分子轨道(HOMO)能级提高. 以D-A-D型有机小分子为给体, 富勒烯C₆₀衍生物-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)为受体制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/D-A-D∶PCBM/LiF/Al的体异质结太阳能电池. 研究结果表明, 基于单烷基链的TPT-S的太阳能电池具有相对较高的能量转换效率. 说明在D-A-D型有机小分子太阳能电池材料中, 烷基链的数目是决定材料性能及器件性能的重要因素之一.     

氧化石墨烯掺杂PEDOT:PSS作为空穴注入层对有机发光二极管发光性能的影响

研究了氧化石墨烯(GO)掺杂聚(3,4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT:PSS)作为空穴注入层对有机发光二极管发光性能的影响. 在PEDOT:PSS水溶液中掺入GO, 经过湿法旋涂和退火成膜后, 不仅提高了空穴注入层的空穴注入能力和导电率, 透光率也得到了相应的提高, 从而使得有机发光二极管(OLED)器件的发光性能得到了提升. 通过优化GO掺杂量发现, 当GO掺杂量为0.8%(质量分数)时, 空穴注入层的透光率达到最大值(96.8%), 此时获得的OLED器件性能最佳, 其最大发光亮度和最大发光效率分别达到17939 cd·m^-2和3.74 cd·A^-1. 与PEDOT:PSS 作为空穴注入层的器件相比, 掺杂GO后器件的最大发光亮度和最大发光效率分别提高了46.6%和67.6%.     

Modifying transparent electrode with conjugated organic semiconductor hole transport material as interface for enhancing performance of organic solar cell

Indium tin oxide (ITO) is used as a substrate was covered with 4-[4-(4-methoxy-N-naphthalen-2-ylanilino) phenyl] benzoic acid (MNA) as a self-assembled monolayer (SAM). Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and 1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-phenyl-(6,6) C₆₁ (PCBM) were mixed and used as a donor–acceptor in organic solar cell (OSC). The MNA (SAM) layer is used as an interface instead of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS) for hole injection. The HOMO-LUMO energy level of MNA-SAM molecule and the electronic charge distribution were calculated theoretically using Chemissian software. The HOMO-LUMO energy level of the MNA is calculated as E_HOMO = ?5.10 eV and E_LUMO = ?1.60 eV. The OSC modified with MNA showed an efficient performance in the absence of PEDOT: PSS as hole transport layer. The annealing of the ITO/SAM/P3HT: PCBM films at different temperatures are also investigated to study the effect of reducing defects. The interface structures of the organic semiconductor layer on ITO were characterized by Atomic Force Microcopy (AFM). In addition, Kelvin Probe Microscopy (KPM) is used to understand how the annealing changes the surface potential energy of the ITO/SAM substrate. Using the KPM method, which measures the surface potential energy of the films, the energy bands of the ITO were increased to maximum 5.09 eV. The ITO/SAM/P3HT: PCBM film's surface potential was determined to be 0.18 eV after being annealed at 80 °C. The surface potential of the modified films was discovered to be 0.33 V and 0.39 V when the annealing temperature was raised from 80 °C to 120 °C and 160 °C. The maximum device efficiency was demonstrated by the ITO/SAM/P3HT: PCBM film after an hour of annealing at 160 °C.     

Effect of 1,8-Diiodooctane Content on the Performance of P3HT:PC61BM Bulk Heterojunction Photodetectors

A series of polymer photodetectors with device configuration of ITO/PEDOT:PSS/P_3 HT:PC_(61) BM/C_(60)/Al were prepared by using P_3 HT as the donor material and PC_(61) BM as the acceptor material. By regulating the content of 1,8-diiodooctane(DIO)(V/V: 1%, 3%, 5%) as a processing additive, the morphology of the active layer can be greatly improved. With C_(60) as the hole blocking layer, the dark current density of the device can be reduced by about an order of magnitude. When employing 3% DIO(V/V) in the active layer processing, the photodetetcors present the best performance, and the detectivity of the device is 1.52×10~(12) Jones at 540 nm under a bias of-0.1 V. Moreover, it also has a wider linear dynamic range of 60 dB as well as faster response speed(τ_r/τ_f=0.53/0.71 μs) than those of devices with other content of DIO additives.