刮涂法制备聚合物薄膜太阳能电池

系统地研究了采用刮涂法制备聚合物薄膜太阳能电池时刮涂速度和基底温度对活性层厚度以及形貌的影响。当刮涂速度增加或者基底温度降低时,由于溶液粘度和表面张力的变化导致活性层厚度增加。与旋涂方法相比,刮涂方法制备的活性层薄膜具有更小的粗糙度和精细的相分离结构,从而减少了光伏电池的漏电流并提高了填充因子。利用刮涂方法制备的聚合物太阳能电池能量转换效率达到了4.2%。     

紫外臭氧处理超薄银修饰ITO电极的高效柔性有机太阳能电池

以紫外臭氧处理超薄Ag复合MoO₃或PEDOT：PSS修饰ITO电极的高效柔性有机太阳能电池。通过优化紫外臭氧处理Ag薄膜的时间,提高了以P3HT：PCBM为有源层的器件的功率转换效率,从1.68%（未经过紫外臭氧处理）提高到2.57%（紫外臭氧处理Ag 1 min）。提高的原因推测是紫外臭氧处理形成了AgO_x薄膜,提高了电荷提取并使器件具有高光学透明度、低串联电阻和优异的表面功函数等一些性能。并且,紫外臭氧处理Ag薄膜与MoO₃或者PEDOT：PSS复合修饰ITO的器件效率分别得到提高,Ag薄膜与MoO₃复合修饰ITO的器件效率从2.02%（PET/ITO/MoO₃）提高到2.97%（PET/ITO/AgO_x/MoO₃）,Ag薄膜与PEDOT：PSS复合修饰ITO的器件效率从2.01%（PET/ITO/PEDOT：PSS）提高到2.93%（PET/ITO/AgO_x/PEDOT：PSS）。此外,以PBDTTT-EFT：PC₇₁BM为有源层的柔性聚合物太阳能电池效率可达6.21%。基于ITO的柔性光电器件效率的提高主要归于ITO被Ag/PEDOT：PSS或Ag/MoO₃修饰后功函数的提高。     

有机太阳能电池的研究进展

能量转化效率低是有机太阳能电池实现商业化生产的一个瓶颈,因此,制备高性能太阳能电池的关键之一是提高能量转化效率(ηp),文章介绍了有机太阳能电池的工作原理,论述了目前有机太阳能电池的研究现状,重点从提高有机太阳能电池的开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、光电转换效率(ηEOE)和填充因子(FF)等几方面分析总结了提高有机太阳能电池能量转化效率的几种有效途径,并简要阐述了有机太阳能电池稳定性的研究进展.     

NiO透明导电薄膜的制备及在聚合物太阳能电池中的应用

采用磁控溅射法制备出透明导电氧化物NiO薄膜.椭偏(SE)测试表明NiO薄膜在可见光区域透光性良好,通过调节生长、退火温度可调控NiO的折射率.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)手段研究表明,通过退火、改变衬底温度等,可有效改变NiO薄膜的晶体结构以及表面形貌,实现对NiO导电性的调控. 采用优化后的NiO材料为阳极阻挡层制备出的聚合物太阳能电池器件的效率为2.26%,是同等条件下采用 PEDOT:PSS阻挡层的电池器件的3倍以上.     

免光学间隔层的高效聚合物太阳能电池

使用相对聚(3乙基噻吩)(P3HT)具有更低能带结构的聚{[9-(1辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-2基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5噻吩二基}(PCDTBT)作为电子给体材料和较C60衍生物(PC60BM)具有更广光谱吸收能力的C70衍生物(PC70BM)作为电子受体材料构建共混体系活性层,制备有机聚合物太阳能电池。通过控制活性层薄膜生长速度、环境得出在N2环境中静置10min时聚合物电池达到了5.65%的高光电转换效率(PCE)。然后,通过进一步优化活性层薄膜厚度短路电流密度大幅提升至14.2mA/cm2,PCE达到5.84%。结果表明,在不使用TiOx等光学间隔层的情况下,通过控制活性层薄膜生长过程和优化活性层薄膜厚度也可以大幅增加短路电流密度,获得高的PCE。     

掺杂PEDOT ∶PSS对聚合物太阳能电池性能影响的研究

研究了掺杂后poly(3,4-ethylene dioxythiophene):poly(styrenesulphonic acid)(PEDOT ∶PSS)电导率的变化以及掺杂PEDOT ∶PSS薄膜对聚合物太阳能电池器件性能的影响. 实验发现,向PEDOT ∶PSS中掺入极性溶剂二甲基亚砜(DMSO)明显提高了薄膜的电导率,掺杂后的电导率最大值达到1.25 S/cm,比未掺杂时提高了3个数量级. 将掺杂的PEDOT ∶PSS薄膜作为缓冲层应用于聚合物电池 (ITO/PEDOT ∶PSS/P3HT ∶PCBM/LiF/Al) 中,发现高电导率的PEDOT ∶PSS降低了器件的串联电阻,增加了器件的短路电流,从而提高了器件的性能. 最好的聚合物太阳能电池在100 mW/cm²的光照下,开路电压(V_oc)为0.63 V,短路电流密度(J_sc)为11.09 mA·cm^-2,填充因子(FF)为63.7%,能量转换效率(η)达到4.45%. 关键词： PEDOT ∶PSS 电导率 聚合物太阳能电池 能量转换效率     

银纳米片等离子体效应增强有机太阳能电池及其性能优化研究

将银纳米片引入有机太阳能电池,增强了器件的光吸收及光电转换效率。制备得到了具有不同等离子共振吸收特性的银纳米片。当银纳米片的等离子共振吸收与活性层的吸收相匹配时,器件的光电流显著增强。通过改变银纳米片与活性层之间的距离,研究了等离子体共振增强电磁场的传递特性。两者的距离越近则耦合入活性层的电磁场越强,器件的光电流越高。经优化后,以P3HT∶PCBM为活性层的有机太阳能电池的光电转换效率由3.04%增长到3.82%,提高了26%。     

柔性钙钛矿太阳能电池中电极材料和电荷传输材料的研究进展

近年来,钙钛矿材料因具有良好的光电性能和电荷传输特性,被认为是太阳能电池的后起之秀。可通过低成本印刷制备的柔性钙钛矿太阳能电池(F-PSCs)具有轻便、可弯曲的优点,在便携式可穿戴电子和光伏建筑等领域应用前景广阔。通过对钙钛矿光吸收层、电荷传输层、基底和电极材料的优化,F-PSCs的效率已经超过20%。制备工艺的快速发展为F-PSCs的应用打下了坚实的基础。本文着重介绍F-PSCs中的透明导电底电极材料、电子传输材料、空穴传输材料和对电极材料的最新研究进展及其对F-PSCs光电性能和稳定性的影响,并对超薄钙钛矿光吸收层的优化进行了综述和总结。最后,对F-PSCs的大规模生产和封装技术进行了介绍。     

基于柔性基底异质结有机薄膜的光伏器件

研究了基于柔性基板的有机薄膜太阳能电池,实验以聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐作为阳极修饰层,1,4-亚苯基亚乙烯基（MEH-PPV）材料作为给体层以及富勒烯（C60）材料作为受体层制备异质结柔性有机太阳能电池。实验结果表明:增加阳极修饰层,虽然会阻挡光的吸收,但是可以大幅度地提高短路电流、开路电压、填充因子和能量转换效率4个参数。并发现MEH-PPV受体层的厚度对有机太阳能电池的性能有较大影响,当受体层厚度为90 nm时能量转换效率达到最大,为1.29%。     

基于柔性基底异质结有机薄膜的光伏器件

研究了基于柔性基板的有机薄膜太阳能电池,实验以聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐作为阳极修饰层,1,4-亚苯基亚乙烯基（MEH-PPV）材料作为给体层以及富勒烯（C60）材料作为受体层制备异质结柔性有机太阳能电池。实验结果表明：增加阳极修饰层,虽然会阻挡光的吸收,但是可以大幅度地提高短路电流、开路电压、填充因子和能量转换效率4个参数。并发现MEH-PPV受体层的厚度对有机太阳能电池的性能有较大影响,当受体层厚度为90 nm时能量转换效率达到最大,为1.29%。     

Improved performance of P3HT：PCBM solar cells by both anode modification and short-wavelength energy utilization using Tb（aca）3phen

The performance of P3HT:PCBM solar cells was improved by anode modification using spin-coated Tb(aca)3phen ultrathin films. The modification of the Tb(aca)3phen ultrathin film between the indium tin oxide(ITO) anode and the PEDOT:PSS layer resulted in a maximum power conversion efficiency(PCE) of 2.99% compared to 2.66% for the reference device, which was due to the increase in the short-circuit current density(Jsc). The PCE improvement could be attributed to the short-wavelength energy utilization and the optimized morphology of the active layers. Tb(aca)3phen with its strong down-conversion luminescence properties is suitable for the P3HT:PCBM blend active layer, and the absorption region of the ternary blend films is extended into the near ultraviolet region. Furthermore, the crystallization and the surface morphology of P3HT:PCBM films were improved with the Tb(aca)3phen ultrathin film. The ultraviolent–visible absorption spectra,atomic force microscope(AFM), and X-ray diffraction(XRD) of the films were investigated. Both anode modification and short-wavelength energy utilization using Tb(aca)3phen in P3HT:PCBM solar cells led to about a 12% PCE increase.     

Influence of fullerene derivative replacement with TiO2 nanoparticles in organic bulk heterojunction solar cells

In an effort to develop hybrid organic solar cells with improved power conversion efficiency (PCE), devices based on poly (3-hexylthiophene) (P3HT):phenyl C₆₁-butyric acid methyl ester (PCBM) active layer and poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT):poly (styrenesulfonate) (PSS) buffer layers were prepared. A systematic replacement of PCBM was achieved by introducing nanostructured TiO₂ (∼15 nm particle size), dissolved separately in chlorobenzene (CB) and 1,2 –dichlorobenzene (DCB), to the (P3HT:PCBM) active layer while keeping a fixed amount for P3HT. To understand the effect of fullerene replacement with the inorganic metal oxide nanoparticles on different properties of resulting devices, a variety of techniques such as Current–Voltage (J–V) characteristics, Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Ultravoilet-Visible (UV–Vis) Spectrophotometry and External Quantum Efficiency (EQE) were employed. The addition of TiO₂ nanoparticles in the active layer improved the power conversion efficiency (PCE) of P3HT:PCBM devices. The addition of TiO₂ nanoparticles using CB as solvent enhanced the absorption in visible region and also introduced a red shift in the absorption spectra. A significant increase in EQE was observed for devices with TiO₂ nanoparticles in the active layer. Mixing TiO₂ also increased the surface roughness of the active layer where TiO₂ nanoparticles were found to agglomerate as their concentration increased relative to fullerene derivative. A complete agglomeration of TiO₂ was observed in the absence of PCBM.     

NiO_x作为空穴传输层对有机太阳能电池光吸收的影响

基于多层膜系模型的传输矩阵方法、麦克斯韦方程和光子吸收方程,研究了NiOx作为替代3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的空穴传输材料对聚3-己噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester,PC61BM)共混体异质结有机太阳能电池器件内部光电场分布和光吸收特性的影响.分别制备了以NiOx和PEDOT:PSS为空穴传输层,P3HT:PCBM为活性层的有机太阳能电池,并通过数值模拟的方法比较了NiOx和PEDOT:PSS两种空穴传输材料对器件光伏特性的影响.结果表明:10 nm的NiOx空穴传输层器件比40 nm的PEDOT:PSS器件获得了更大的短路电流和填充因子,并具有更高的能量转化效率.     

Bathocuproine/Ag复合电极对于聚合物光伏器件效率和稳定性的影响

采用Bathocuproine/Ag (BCP/Ag)复合电极代替Ca/Al复合电极, 制备PTB7:PC71BM 作为光敏层的聚合物光伏器件, 并通过改变BCP薄膜厚度来研究BCP/Ag复合电极对于器件光电转换器和稳定性的影响. 研究发现: 在光敏层和金属电极之间插入BCP修饰层后, 器件性能得到了显著的改善, 在BCP厚度为5 nm时, 器件的效率达到了6.82%, 且略高于Ca/Al复合电极的器件效率; 相比于采用Ca/Al复合电极的器件, BCP/Ag复合电极增大了器件的短路电流和外量子效率, 使器件效率得到提高; 同时器件的稳定性得到了显著的改善, BCP/Ag 复合电极器件的衰减速率几乎和未插入BCP的器件衰减速率相同, 相对于Ca/Al复合电极器件大幅提高.     

Investigating the performance of P3HT:PCBM organic solar cells involving gamma-irradiated PEDOT:PSS layer

In this work, we investigated for the first time the characteristics of (poly (3-hexylthiopene) and [6, 6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester) (P3HT:PCBM) blends-based organic solar cell with 1.25?mg/mL boric-acid (H₃BO₃)-doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) layer which is irradiated under the 40 Gray (Gy) dose of gamma (γ) ray. Experimental results showed that the parameters of solar cell improved with exposure to low-dose gamma radiation. In particular, it has provided a significant improvement in short-circuit current density (J_sc) and power conversion efficiency (PCE). About 49% increase in PCE to 1.22% and 40% increase in J_sc to 6.28?mA/cm² was obtained between the bare device and the device containing irradiated PEDOT:PSS:H₃BO₃. Also, it was determined that the H₃BO₃-doped PEDOT:PSS is more stable to temperature. More importantly, solar cell containing gamma-irradiated PEDOT:PSS:H₃BO₃ showed best performance comparing to conventional PEDOT:PSS-based cell.     

Fe3O4纳米粒子对P3HT:PCBM电池的影响

为了提高太阳能电池的性能,研究磁性纳米粒子在外加磁场的作用下对聚合物太阳能电池有源层P3HT:PCBM成膜及太阳能电池性能的影响。本文采用热分解法制备了磁性Fe₃O₄纳米粒子,将不同质量分数的Fe₃O₄纳米粒子掺入到P3HT:PCBM溶液中,旋涂后在外加磁场的作用下自组成膜。通过TEM、XRD对制备的Fe₃O₄纳米粒子进行表征,并利用偏光显微镜、原子力显微镜对成膜质量进行探究。结果表明,采用热分解法制备的Fe₃O₄纳米粒子直径在10 nm左右,在外加磁场作用下,Fe₃O₄纳米粒子对成膜有一定的调控作用。当Fe₃O₄纳米粒子掺杂质量分数为1%时,太阳能电池器件的开路电压增加3.77%,短路电流增加24.93%,光电转换效率提高7.82%。     

有机无机杂化固态太阳能电池的研究进展

近年来, 由于钙钛矿材料优良的光学吸收和电荷传导特性, 有机无机杂化固态太阳能电池取得了突破性的进展. 自2009年首次报道了光电转换效率为3.8%的钙钛矿太阳能电池以来, 该类电池的效率不断突破. 基于介孔薄膜的电池已取得了超过16.7%的认证光电转换效率, 基于平板异质结结构电池光电转换效率达到19.3%, 已接近传统硅基太阳能电池的光电转换效率. 本文将介绍有机无机杂化钙钛矿作为光电材料的光学物理结构特性, 以及在固态太阳能电池中的应用. 基于固态钙钛矿太阳能电池结构上的差异, 分别介绍其在多孔结构、平板异质结结构、柔性结构以及无空穴传导材料结构电池工作特性和各自优势, 以及影响电池特性的主要影响因素, 特别是钙钛矿成膜控制等. 并阐述对钙钛矿电池的理解和进一步提高固态钙钛矿电池光电转换效率需要关注的重点以及展望.