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.     

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%.     

基底温度对刮涂制备的P3HT:PCBM薄膜形貌和光伏电池性能的影响

研究了刮涂制备P3HT:PCBM(P3HT:聚3-己基噻吩,PCBM:[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)活性层的过程中,基底温度对P3HT:PCBM活性层薄膜性质和电池性能的影响.结果表明,提高基底温度在缩短薄膜干燥时间的同时,抑制了PCBM相的大尺度聚集,并改善了P3HT:PCBM薄膜中P3HT在(100)方向上的结晶程度,但降低了π-π共轭方向上的有序度.制备的光伏电池经过进一步退火处理后可形成良好的互穿网络结构,能量转换效率可达3.93％.     

喷涂法制备大面积倒置聚合物光伏器件

采用喷涂工艺制备了结构为ITO/ZnO/P3HT∶PCBM/V2O5/Ag(P3HT:聚噻吩;PCBM:6,6-苯基-C61-丁酸甲酯)的大面积倒置光伏器件,有效面积为1.0×1.1 cm2。 光谱测试结果表明,退火处理后,P3HT∶PCBM薄膜吸收显著增强,并且产生一定程度的红移。 采用ZnO和V2O5代替LiF和PEDOT∶PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸盐)作为器件修饰层,避免了PEDOT∶PSS对ITO的腐蚀和LiF潮解,采用Ag代替Al作为金属背电极避免了Al被氧化。 经过后退火处理器件的效率从1.1%提升至1.65%。 器件的稳定性相对于传统结构有了大幅提升,8周后器件效率只衰减10%。     

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.     

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.     

聚(3-己基噻吩)作为光谱增感层在有机太阳电池光谱响应增强中的应用

报道了利用聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为前置缓冲层来弥补(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩)-(4-氟代噻并[3,4-b]噻吩(PBDT-TT-F):[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PC₆₁BM)共混体相异质结(BHJ)电池对450-600 nm处光谱响应不足的新的器件结构设计思路. 光谱带隙为1.8 eV的PBDT-TT-F 在550-700 nm处有很强的光谱吸收, 在有机太阳电池器件上有很好的应用潜能. 但其在350-550 nm处的吸收不强, 影响了器件对太阳光谱的利用效率. 与此相比, P3HT薄膜的光谱吸收主要在450-600 nm范围内, 同PBDT-TT-F 形成良好的互补关系. 新设计的器件外量子效率(EQE)研究结果表明, 利用P3HT 作为前置缓冲层可以与PBDT-TT-F:PC₆₁BM薄膜中的PC₆₁BM形成平面异质结, 从而拓展了器件在450-600 nm处的光谱响应范围,实现光谱增感作用. 优化P3HT的厚度为20 nm左右, 器件对外输出的短路光电流密度从11.42 mA·cm^-2提高到12.15 mA·cm^-2, 达到了6.3%的提升.     

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。     

半晶性有机半导体薄膜形态结构及对有机发光器件老化的影响

以NPB（N,N’-二苯基-N,N’-二（1-萘基）-1,1’-联苯-4,4’-二胺）为例,简要综述了本课题组近年来在发光有机半导体薄膜形态结构方面的研究进展．通过差热分析、偏光显微镜、透射电子显微镜、电子衍射、原子力显微镜表征,确认NPB是一类本征半晶性材料．一般的OLED器件采用的是非晶的NPB薄膜．基于等温结晶和表面诱导结晶实验确认,OLED器件可能存在两种热力学老化机制．对于采用非晶衬底的OLED器件,当NPB薄膜厚度小于临界厚度时器件可以稳定工作;对于采用多晶缓冲层衬底的OLED器件,由于表面诱导NPB结晶不存在临界厚度限制,器件容易结晶老化．     

基于新型硅基化合物衍生物的有机电致发光器件

利用真空蒸镀方法, 以两种新型硅基化合物同族衍生物材料BMPSiE(1,2-bis(1-methyl-2,3,4,5-tetraphenyl-1H-Silole-1-yl)ethane)和BMPThSi(1,1’-dimethyl-3,3’,4,4’-tetraphenyl-2,2’,5,5’-tetra(thiophen-2-yl)-1,1’-bi(1 H-silole))为发光层, NPB(N,N’-diphenyl-N,N’-bis (3-methylphenyl)-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine)和Alq3(tris (8-hydroxyquinolinolato) aluminum)分别为空穴和电子传输层, 制备了结构简单的高亮度电致发光器件, 表征了器件的光电性能, 并通过器件的能级结构对器件的发光机理进行了讨论. 结果表明, 驱动电压为20 V时, BMPSiE和BMPThSi的三层结构的器件最大亮度分别为9991.9 和15261.5 cd·m-2, 流明效率分别为0.36 和0.31 lm·W-1. 器件发光光谱谱峰位于483和495 nm处, 分别为BMPSiE和BMPThSi的特征光谱, CIE(国际发光照明委员会)色度图坐标为(0.202, 0.337)和(0.246, 0.419),且不随外加电压的改变而变化.     

一种含载流子传输基的铱配合物:合成及深黄色电致磷光器件

合成了一种含有载流子传输基新的铱配合物(BPPBI)2Ir(ECTFBD)[HBPPBI:1-苯基-2-(4-联苯基)苯并咪唑,HECTFBD:1-(9-乙基-3-咔唑基)-4,4,4-三氟-1,3-丁二酮],其结构和组成经核磁共振氢谱和元素分析所证实。研究了这种铱配合物二氯甲烷溶液的光物理和电化学性质。制作了基于这种铱配合物的电致磷光器件。器件结构是ITO/MoO3(10 nm)/NPB(80 nm)/CBP:x%(BPPBI)2Ir(ECTFBD)(20 nm)/TPBi(45 nm)/LiF/Al[x%:质量百分比为4%和7%的掺杂浓度;NPB:N4,N4′-二(1-萘基)-N4,N4′-二苯基-4,4′-联苯二胺,CBP:4,4′-二(9-咔唑基)联苯,TPBi:1,3,5-三(2-(1-苯基)苯并咪唑基)苯]。这些器件显示出深黄色的发射。对于7%掺杂浓度器件,最大的电流效率和最大发光亮度分别是5.2 cd.A-1和8 690 cd.m-2。     

基于Diels-Alder反应的可交联空穴传输材料的合成及其在聚合物发光二极管中的应用

设计合成了一种侧链含呋喃的可交联共轭聚合物空穴传输材料聚{2,7-[9,9-二(6-(2-呋喃甲氧基)己基)芴]-共-4,4′-(4″-丁基)三苯胺}(P1)和侧链含马来酰亚胺的共轭小分子交联剂N,N′-二[4-(6-马来酰亚氨基己基)苯基]-N,N′-二苯基联苯二胺(M1).基于呋喃和马来酰亚胺间Diels-Alder反应,P1和M1共混膜可在150°C下热处理快速交联形成具有优异抗溶剂性的薄膜,同时薄膜的光电性能可以通过控制P1和M1的共混比例进行有效调节.器件研究结果表明,基于P1+M1交联的薄膜表现出了优异的空穴传输、电子阻挡性质,应用于聚合物发光二极管时可有效避免由传统空穴传输材料聚3,4-亚乙二氧基噻吩/聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作为单一界面层引起的发光淬灭现象,使相应器件性能得到大幅提升.当M1添加量为10%时,相关器件表现出了最佳的器件性能,器件的最大电流效率为9.0 cd A~(-1),最大亮度为35681 cd m~(-2),启亮电压为3.2 V.     

混合蓝色和绿色发射的高亮度白色有机电致发光器件

使用星形六苯芴类新材料1,2,3,4,5,6-hexakis(9,9-diethyl-9H-fluoren-2-yl)benzene (HKEthFLYPh)分别制备了三种不同结构的有机电致发光器件. 在结构为indium-tin oxide (ITO)/NPB (40 nm)/HKEthFLYPh (10 nm)/Alq3(50 nm)/Mg:Ag (200 nm)的器件中, 获得了两个电致发光谱峰分别位于435 和530 nm处的明亮白光. HKEth-FLYPh是能量传输层; N,N’-bis-(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl-(1,1’-biphenyl)-4,4’-diamine (NPB)是空穴传输层和蓝色发光层; tris(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq3)是电子传输层和绿色发光层. 结果表明, 当驱动电压为15 V时, 器件的最大亮度达到8523 cd·m-2; 在5.5 V时, 器件达到最大流明效率为1.0 lm·W-1. 在电压为9 V时, CIE色坐标为(0.29, 0.34). 此外, 通过改变HKEthFLYPh层的厚度, 发现蓝色发射的相对强度随着HKEthFLYPh层厚度的增加而增强.     

基于吸收互补有机半导体本体复合薄膜的高性能柔性光突触晶体管

采用光吸收互补的聚(3-己基噻吩)(P3HT)和引达省并二噻吩-苯并噻二唑共聚物(PIDT-BT), 通过溶液法制备了两者的本体复合异质结构有机半导体薄膜, 并研究了薄膜的表面结构和光电性质. 将PIDT-BT:P3HT复合薄膜作为一类新型光敏沟道层, 与聚电解质介电材料相结合, 制备了高性能柔性低电压光突触晶体管. 考察了不同光刺激条件对光突触晶体管性能的影响及半导体机制, 发现PIDT-BT:P3HT器件具有明显光突触特性, 并且相较于单纯PIDT-BT或P3HT器件具有更高响应的兴奋性突触后电流. 基于PIDT-BT:P3HT薄膜的光突触器件, 在绿红双色光刺激下的响应大于两种单色光分别刺激的响应之和, 表明附加光刺激可调控器件的记忆效率. 该研究为发展高性能光响应半导体薄膜及柔性低功耗光突触器件提供了新策略.     

利用相容剂调控聚噻吩/富勒烯共混薄膜形貌

选择含有噻吩环的富勒烯衍生物([6,6]-噻吩基-C61-丁酸甲酯(TCBM-Cn,n代表在噻吩环5位的烷基链碳原子数))作为聚3-己基噻吩(P3HT)和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)共混体系的相容剂,讨论了结晶能力不同的TCBM-Cn分子对共混体系相容性和P3HT结晶行为的影响.当使用强结晶性的相容剂TCBM-C0时,虽然不能完全抑制PCBM的聚集,但由于分子中噻吩环结构的存在,少量的相容剂即可提高P3HT的结晶度.而对于弱结晶性的相容剂TCBM-C6,虽然可以完全抑制PCBM的聚集,但是只有当其含量超过PCBM时,最终才能达到促进P3HT结晶的目的.     

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.     

四(8-羟基喹啉)硼锂作为电子注入层的高效有机发光二极管

采用四(8-羟基喹啉)硼锂(LiBq4)代替LiF 作为电子注入材料, 以金属铝作为阴极, 制备了有机电致发光器件. 器件采用N,N'-(α-萘基)-N,N'-苯基联苯二胺(NPB)作为空穴传输层, 三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)作为电子传输层和发光层. 采用LiBq4作为电子注入层, 实验结果表明, 器件的亮度、电流效率和起亮电压等性能均有改善, 超过了采用LiF作为电子注入层的器件.器件性能的提升可以用电子注入增强和电荷平衡来解释.     

内含C_(60)掺杂空穴传输层的量子点电致发光器件

聚乙烯咔唑(PVK)中掺入富勒烯(C60)的重量比从0%到10%变化,以研究在空穴传输层中掺杂C60后对量子点电致发光器件性能的影响。掺入C60后的PVK薄膜在氧化铟锡(ITO)基底上均方根粗糙度从3 nm降至1.6 nm。另外,掺入C60后有利于空穴的注入和传输,改善器件中电子和空穴的平衡,提高了器件的效率。     

一种高迁移率聚合物太阳能电池材料的合成及其器件表征

设计合成了一种中等带隙共轭聚合物,聚[N-(2-己基癸基)-2,2'-二噻吩-3,3'-二甲酰亚胺-交替共聚-5,5-(2,5-双(3-癸氧基噻吩)-2-噻吩基)-噻吩)](PBTI3T-O),其光谱吸收覆盖波长从400 nm到720 nm,具有较宽的吸收范围,同时易溶于氯苯溶剂,利于溶液加工。 PBTI3T-O与[6,6]-苯基-C71-丁酸异甲酯(PC₇₁BM)复合薄膜的空穴迁移率为5.90×10^-3 cm²/(V·s),该迁移率高于其它大部分聚合物电池给体材料。 由于PBTI3T-O较高的空穴迁移率,基于PBTI3T-O/PC₇₁BM的器件在活性层厚度为237 nm时,效率可以达到5.56%。 即使活性层膜厚进一步增加到约300 nm时,器件的效率仍能够保持其最高器件效率的97%,可见其具有在大面积加工工艺中的应用潜力。