缓冲夹层影响异质结有机光伏器件性能研究

制备了结构为CuPc/缓冲层/C₆₀异质结的有机光伏器件,分别选用三氧化钼和红荧烯为缓冲层,研究了增加缓冲层对器件性能的影响.结果表明,增加三氧化钼和红荧烯缓冲层后器件的开路电压和光电转换效率都得到提高,器件的短路电流密度和填充因子都有所降低.开路电压从没有缓冲层时的0.39 V分别提高到0.58 V、0.55 V,转换效率从0.36%提高到0.44%,短路电流从1.92 mA/cm²分别降低到1.77 mA/cm²、1.81 mA/cm²,填充因子从0.48分别减少到0.43、0.44.进一步研究表明器件的短路电流密度受缓冲层厚度的影响很大,当缓冲层厚度很小时,器件短路电流密度还有所增加,但随着缓冲层厚度的增加,短路电流密度逐渐减小,当缓冲层厚度为10 nm时,器件短路电流密度减少到0.35 mA/cm².开路电压随着厚度的增加逐渐增加,从1 nm时的0.43 V增加10 nm时0.63 V.根据整数电荷转移模型和界面能级理论解释有机光伏器件开路电压提高以及短路电流密度减少的原因,为有机太阳能电池性能的改善提供了研究方法.     

缓冲夹层影响异质结有机光伏器件性能研究

制备了结构为CuPc/缓冲层/C60异质结的有机光伏器件,分别选用三氧化钼和红荧烯为缓冲层,研究了增加缓冲层对器件性能的影响.结果表明,增加三氧化钼和红荧烯缓冲层后器件的开路电压和光电转换效率都得到提高,器件的短路电流密度和填充因子都有所降低.开路电压从没有缓冲层时的0.39V分别提高到0.58V、0.55V,转换效率从0.36%提高到0.44%,短路电流从1.92mA/cm2分别降低到1.77mA/cm2、1.81mA/cm2,填充因子从0.48分别减少到0.43、0.44.进一步研究表明器件的短路电流密度受缓冲层厚度的影响很大,当缓冲层厚度很小时,器件短路电流密度还有所增加,但随着缓冲层厚度的增加,短路电流密度逐渐减小,当缓冲层厚度为10nm时,器件短路电流密度减少到0.35mA/cm2.开路电压随着厚度的增加逐渐增加,从1nm时的0.43V增加10nm时0.63V.根据整数电荷转移模型和界面能级理论解释有机光伏器件开路电压提高以及短路电流密度减少的原因,为有机太阳能电池性能的改善提供了研究方法.     

缓冲层提高有机聚合物光伏电池性能研究

在分析有机聚合物复合体光伏电池机理及等效电路模型基础上,研究了界面旋涂缓冲层对聚合物给体/受体复合体结构光伏器件性能的影响.制备了基于P3HT/PCBM的给体 受体复合体薄膜有机光伏电池,并分别在有机活性层和ITO基底之间以及有机活性层和电极之间插入TFB和F8BT缓冲层.实验证明：在ITO和活性层之间旋涂TFB作为阳极缓冲层,可增加有机聚合物光伏器件的短路电流,在活性层和电极之间插入F8BT作为阴极缓冲层,可增大光伏器件的开路电压,提高器件的转换效率.     

利用阴极修饰层提高有机光伏电池的性能及稳定性

分别制备了以苯甲酸锂、碳酸铯和聚氧化乙烯为阴极修饰层的基于P3HT∶PCBM体系的本体异质结有机光伏电池。比较了3种阴极修饰层对器件性能及稳定性的影响。结果表明:选择合适的阴极修饰层材料是提高光电转换效率、延长电池使用寿命的可行性途径之一。纯无机阴极修饰层不能有效地阻挡氧气和水进入活性层,对于减缓器件的性能衰退效果不如有机阴极修饰层材料。有机聚合物材料可以减小漏电流的产生,开路电压和填充因子都得到很大提高,有利于提高器件的性能及稳定性。合成可溶液加工的具有极性基团的共轭聚合物材料是未来阴极修饰层的发展方向。     

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。     

Photovoltaic effect in the single-junction DBP/PTCBI organic system under low intensity of monochromatic light

Photoelectric properties of the planar ITO/MoO3/DBP/PTCBI/BCP/Ag system were characterized on the basis of short-circuit current, open-circuit voltage and absorption spectra, and current-voltage measurements in the dark and under monochromatic illumination of low intensity. Photovoltaic performance of the system was compared with the performance of ideal semiconductor and excitonic cells of chosen bandgaps. Such analysis shows, that the fabricated cell exhibits quite high value of the open-circuit voltage, in comparison to the SQ limits calculated for semiconductor devices of bandgaps close to the LUMO_PTCBI-HOMO_DBP offset or crystalline silicon cells of the same absorptivity. This confirms that the DBP/PTCBI junction exhibits good properties for conversion of exciton energy to chemical energy of electron-hole pair. Moreover, open-circuit voltage and short-circuit current of the investigated cell practically do not change within the 520 nm–620 nm range, for which they reach the maximum values, making the junction of DBP/PTCBI attractive for use in indoor photovoltaics.     

F16CuPc作为阳极缓冲层对有机太阳能电池性能的显著改善

采用F₁₆CuPc作为有机太阳能电池的阳极缓冲层可使器件的性能得到显著提高。F₁₆CuPc的引入,一方面可以实现CuPc分子的定向生长,从而改善CuPc薄膜的结晶度,提高其空穴迁移率;另一方面在F₁₆CuPc/CuPc界面处可形成偶极层,改善空穴的输出效率。以上两个作用有效提高了器件的载流子收集效率,降低了器件的串联电阻和光生载流子复合几率,从而提高了器件的短路电流和填充因子。同时,F₁₆CuPc的引入使器件的内建电场增大,提高了器件的开路电压。     

Enhancing The Efficiency of White Organic Light-emitting Diode Using Energy Recyclable Photovoltaic Cells

We demonstrate that power recycling is feasible by using a semi-transparent stripped Al electrode as interconnecting layer to merge a white organic light-emitting devices (WOLED) and an organic photovoltaic(OPV) cell. The device is called a PVOLED. It has a glass/ITO/CuPc/m-MTDATA∶V2O5/NPB/CBP∶FIrpic∶DCJTB/BPhen/LiF/Al/P3HT∶PCBM/V2O5/Al structure. The power recycling efficiency of 10.133% is achieved under the WOLED of PVOLED operated at 9 V and at a brightness of 2 110 cd/m2, when the conversion efficiency of OPV is 2.3%. We have found that the power recycling efficiency is decreased under high brightness and high applied voltage due to an increase input power of WOLED. High efficiency (18.3 cd/A) and high contrast ratio (9.3) were obtained at the device operated at 2 500 cd/m2 under an ambient illumination of 24 000 lx. Reasonable white light emission with Commission Internationale De L'Eclairage (CIE) color coordinates of (0.32,0.44) at 20 mA/cm2 and slight color shift occurred in spite of a high current density of 50 mA/cm2. The proposed PVOLED is highly promising for use in outdoors display applications.     

基于一种新型杂化阳极修饰层的高效有机电致发光器件

设计了基于Bphen∶LiF、Al和MoO₃的杂化电荷注入层,并将其应用于有机电致发光器件中。实验研究表明,这种杂化层作为阳极修饰层是非常有效的,它可以增加器件中载流子注入的平衡性,提高器件的性能。相对参考器件,基于杂化阳极修饰层的电致发光器件的最大电流效率和最大功率效率均提高1.3倍左右。我们对器件性能及其提高的机理进行了分析。     

Improved Performance of Organic Light-Emitting Diodes with MgF2 as the Anode Buffer Layer

Organic light-emitting diodes （OLEDs） based on N,N＇-bis（1-naphthyl）-N,N＇-diphenyl-1,l1＇-biphenyl-4,4＇-diamine （NPB） and tris （8-hydroxyquinoline） aluminium （Alq3 ） are improved by using a thin MgF2 buffer layer sandwiched between the indium tin oxide （ITO） anode and hole transporting layer （HTL） of NPB. The current-voltage curves of the OLEDs with MgF2 buffers shift to lower voltages, which can be explained by the tunnelling effect. Under 10 V bias, the current density and brightness for the optimized OLED with a 1.0-nm MgF2 are 196A/m^2 and 517cd/m^2, respectively, while for the OLED without anode buffer layer are only 109A/m^2 and 156cd/m^2, The atomic force microscopy shows that the rms roughness of NPB on ITO/MgF2 is only 1/3 of NPB on bare ITO. The improved morphology of the HTL would lead to more robust OLEDs. The OLED with a 1.0-nm MgF2 layer has a long lifetime of more than five times of the MgF2-free reference device due to the combined electrical and morphological effects of the MgF2 layer.     

TFTTP作为阴极缓冲层提高有机薄膜太阳能电池的内建电场和载流子收集效率

采用一种新型的电子传输材料TFTTP作为阴极缓冲层提高基于SubPc/C₆₀异质结的有机薄膜太阳能电池的性能. 通过在有机活性层和金属电极之间加入TFTTP界面层,器件的能量转换效率提高了约30%. 系统研究了器件的二极管特性、光电流特性以及内部的光场分布情况,结果表明,TFTTP阴极缓冲层的引入可以有效地提高器件的内建电场,进而增加电荷转移激子的分离效率. 通过使用TFTTP作为阴极缓冲层,在C₆₀/金属界面形成良好的欧姆接触,降低了界面接触电阻,有利于自由载流子的收集.     

有机EL器件MEH-PPV/Alq3的光伏特性

制备了ITO/MEH-PPV/Alq3/LiF/Al光伏(PV)器件. MEH-PPV和Alq3分别为电子受体和给体. 光谱响应曲线主要和Alq3的吸收光谱相匹配. 在功率为0.5 mW·cm2的紫外氙灯照射下电池的短路电流为2.4 μA·cm-2, 开路电压为2.6 V, Fill因子为0.71, 电池的能量转换效率达到0.9%. 在直流电的驱动下, 器件具有电致发光的特性并且发出明亮的桔红色光, 在15 V的直流电压驱动下, 最大亮度达到了1 000 cd·cm-2.     

多层结构的阴极修饰层对有机电致发光器件的性能改善

为提高有机电致发光器件（OLEDs）的阴极电子注入效率,我们设计了新型的阴极杂化修饰层,其结构为Bphen∶LiF/Al/MoO₃,将其应用到器件ITO/NPB/Alq₃/Al中,参考器件的电子注入层选用传统材料LiF。实验研究表明,与传统的阴极修饰层LiF相比,基于这种杂化结构的阴极修饰层非常有效。测试了器件的电致发光光谱（EL谱）,其峰值位于534 nm,发光来自于Alq₃,实验中我们可以观察到明亮的绿色发光。将其与传统参考器件的EL谱进行对比,在电流密度40 mA·cm-2下,两个器件的电致发光光谱是一致的。在0～100 mA·cm-2范围内,对器件的EL谱进行了测试。实验结果表明,随着电流密度的增加,器件的发光增强,但是EL谱的形状和谱峰的位置是固定不变的。与参考器件对比,基于杂化修饰层的器件的发光性能更好。研究表明,杂化修饰层的最佳参数为Bphen∶LiF(5 nm; 6%)/Al(1 nm)/MoO₃(5 nm),在测试范围内,器件的最大电流效率和最大功率效率分别为4.28 cd·A-1和2.19 lm·W-1,相比参考器件提高了25.5%和23.7%。器件的电流密度-电压特性曲线表明阴极杂化修饰层可以增强电子的注入,使器件中的载流子更加平衡,从而提高了器件的发光性能。从两个角度对器件效率的增强进行了理论方面的论证。一方面利用阴极杂化修饰层的作用机制来解释。在HML中,LiF能填充Bphen的电子陷阱,增强电流的注入,同时HML也能限制空穴的传输,减小空穴电流。另一方面从电荷平衡因子的角度,HML增强了电子的注入,使得器件的电荷平衡因子增大,空穴和电子的平衡性更好。实验研究表明,阴极杂化修饰层很好地增强了器件的效率。     

用C60为空穴缓冲层的高效率有机电致发光器件

以富勒烯C60作为空穴注入缓冲层，在结构为ITO／C60／TPD／Alq3/LiF/Al的器件中，改善了器件的发光效率。研究了C60厚度对器件发光特性的影响。当C60厚度为1.6nm时，器件发光效率最高。在电流密度为100mA/cm^2时，该器件的效率比没有缓冲层的器件提高近一倍。     

TiO_2阴极缓冲层对Rubrene/C_(70)有机太阳能电池性能的改善

为了提高有机太阳能电池(OSCs)的性能,增强器件在空气中的稳定性,研究了TiO_2薄膜作为阴极缓冲层对OSCs器件性能的影响。制备了结构为ITO/TiO_2/C70/Rubrene/Mo O3/Al的OSCs器件。首先,通过测量器件效率,考察了TiO_2薄膜对Rubrene/C70电池的性能影响。接着,通过控制TiO_2薄膜厚度,研究了TiO_2厚度对器件性能的影响。实验结果显示,当TiO_2修饰层厚度比较薄时,器件的各性能参数较低,随着TiO_2厚度的不断增加,器件的各性能参数呈上升趋势;当TiO_2厚度为81 nm时,器件的各性能参数达到最佳,器件的功率转换效率为1.09%,电流密度为2.55 m A·cm-2,开路电压为0.88 V,填充因子为48.69%;当TiO_2厚度继续增加时,器件的各性能参数开始下降。对比没有TiO_2阴极修饰层的器件,最优时的Jsc、Voc、FF和PCE分别提高了37%、21%、17%和91%,并阐述了性能提高的原因。     

MoO3为缓冲层的高效非掺杂蓝色有机发光二极管

以典型蓝色发光材料-联苯乙烯衍生物(4,4’-bis(2,2’-diphenylvinyl) -1,1’-biphenyl,DPVBi)为发光层,采用MoO3为阳极缓冲层制备了结构简单的非掺杂型蓝色有机电致发光器件.在电流密度为20 mA/cm2、MoO3缓冲层厚度为0.5 nm对器件效率约为无缓冲层器件效率的18倍,...     

ZnS作为空穴缓冲层的新型有机发光二极管

采用磁控溅射方法在ITO表面沉积了不同厚度的ZnS超薄膜作为有机发光二极管(OLEDs)的缓冲层,使典型结构(ITO/TPD/Alq3/Al)的OLEDs的发光性能得到改善。ZnS缓冲层厚度对器件性能影响的实验结果表明,当ZnS缓冲层厚度为5nm时,器件电流密度提高了近2倍,亮度提高了2倍;当ZnS缓冲层厚度为10nm时,器件发光的电流效率提高18%,器件的性能得到改善。宽禁带的ZnS缓冲层对空穴从阳极到有机功能层的注入有阻碍作用,促进器件载流子平衡,提高了器件发光效率,改善了器件性能。     

基于杂质光伏效应的镍掺杂对砷化镓太阳电池性能的影响

利用杂质光伏效应能够使太阳电池充分利用那些能量小于禁带宽度的太阳光子,从而提高电池的转换效率.为了更好地利用杂质光伏效应提高砷化镓太阳电池的转换效率,本文利用数值方法研究在砷化镓太阳电池中掺入镍杂质以形成杂质光伏太阳电池,分析掺镍对电池的短路电流密度、开路电压以及转换效率的影响;同时,探讨电池的陷光结构对杂质光伏太阳电池器件性能的影响.结果表明:利用杂质光伏效应掺入镍杂质能够增加子带光子的吸收,使得电池转换效率提高3.32%;转换效率的提高在于杂质光伏效应使电池的红外光谱响应得到扩展;另外,拥有良好的陷光结构是取得好的杂质光伏效应的关键.由此得出:在砷化镓太阳电池中掺镍形成杂质光伏太阳电池是一种能够提高砷化镓太阳电池转换效率的新方法.     

八羟基喹啉铝取代钙作为电子传输层对聚合物太阳电池光稳定性的影响

通过选择高效窄带隙聚合物给体材料PTB7与电子受体材料PC71BM作为聚合物太阳电池的活性层,采用Glass/ITO/poly(ethylenedioxythiophene)∶polystyrene sulphonate(PEDOT∶PSS)/PTB7∶PC71BM/electron extraction layer(EEL)/Al的器件结构研究了不同EEL对器件性能及光稳定性的影响。通过采用小分子有机材料Alq3与低功函数碱金属Ca作为EEL,发现由于Ca的活泼金属特性及不稳定性,以Ca作为EEL的聚合物太阳电池的初始效率在3d之后就下降了60%;而以Alq3作为EEL的器件在空气中放置一个月之后其初始效率仅下降30%。此外,以Alq3作为EEL的器件光伏效率完全比得上传统器件中以Ca作为EEL的光伏器件。研究结果表明,Alq3是一种潜在的长寿命聚合物太阳电池的EEL材料。     

稀土有机光伏器件

采用真空气相沉积法制备了结构为ITO／TPD／Gd(DBM)3bath／Mg：Ag的双层结构有机光伏器件，其中，TPD为受体，Gd(DBM)3bath为给体。在4mW／cm^2的365nm波长紫外光从IT0玻璃方向垂直照射下，器件的开路电压Voc，短路电流Isc和填充因子FF分别为3．2V，29．24μA／cm^2，0．286。在实验中发现器件的外量子效率的光谱响应曲线与TPD的吸收光谱曲线基本一致，在紫外光照射下TPD／Gd(DBM)3bath膜层的界面处产生的激基复合物在光伏过程中扮演着至关重要的角色。