氯化铯甲醇溶液对有机聚合物太阳能电池的影响

研究了氯化铯的甲醇溶液作为阴极修饰层,来提高传统有机聚合物太阳能电池器件性能。通过电容-电压(C-V)测试分析了铝电极和PTB7/PC_(70)BM之间的界面电荷积累情况,同时测试了紫外光电子能谱(UPS),对铝的功函数改变作了研究。结果表明,采用氯化铯的甲醇溶液作阴极修饰层的器件,其短路电流(J_(sc))、开路电压(V_(oc))、填充因子(FF)都有所提高,光电转化效率达到6.36%,与仅用甲醇处理过的器件相比,光电转化效率提高了11%;与未经甲醇处理的器件相比,光电转化效率提高了42.6%。这种一步溶液处理法能够减少电荷积累,同时降低铝电极的功函数,利于电子收集,进而提高器件性能。     

基于聚多巴胺/氧化锌复合阴极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

利用多巴胺氧化自聚合形成聚多巴胺(PDA)与ZnO结合形成PDA/ZnO复合阴极缓冲层,制备了以P3HT:PC_(61)BM为活性层的倒置结构聚合物太阳能电池,通过改变PDA的自聚合时间来分析复合阴极缓冲层对器件性能的影响.实验发现,随着PDA的自聚合时间的增加,聚合物太阳能电池的光电转换效率先增大后减小,当自聚合时间为10 min时,相应器件光伏性能达到最优值,其开路电压V_(OC)为0.66 V,短路电流密度J_(SC)为9.70 mA/cm~2,填充因子FF为68.06%,光电转换效率PCE为4.35%.器件性能改善的原因是由于PDA/ZnO复合阴极缓冲层减小了ZnO与ITO之间的接触电阻,同时PDA中存在大量的氨基有利于倒置太阳能电池阴极对电子的收集.     

三元P3HT:PTB7-Th:PCBM聚合物太阳能电池性能的研究

将窄带隙聚合物PTB7-Th作为第三种物质掺入到P3HT:PCBM中制备了双给体结构的三元聚合物太阳能电池, 并且通过改变PTB7-Th的浓度来研究PTB7-Th对器件性能的影响. 研究发现, 掺入PTB7-Th后, 聚合物太阳能电池的短路电流和填充因子同时获得了提高, 使器件的光电转换效率得到了改善. 进一步分析表明, PTB7-Th的加入能够拓宽活性层的吸收光谱, 增加活性层吸收的光子数目, 有利于短路电流的提升. PTB7-Th与P3HT之间以电荷转移的形式相互作用, 这种作用方式有利于激子的解离, 从而使器件的填充因子得到了提高.     

PbSe量子点调控的聚合物太阳能电池性能

为提升聚合物太阳能电池的光电转换效率,在有源层中掺杂PbSe量子点,研究对电池性能的影响。首先采用热化学法制备PbSe量子点,通过改变油酸的添加量及反应时间,调控PbSe量子点的尺寸及结晶性。通过透射电子显微镜和X射线衍射,对量子点进行表征,确定最佳反应条件。然后将不同质量分数的PbSe量子点掺杂至结构为ITO/ZnO/PTB7∶PC_(71)BM/MoO_3/Ag的聚合物太阳能电池中,通过J-V性能测试和紫外吸收光谱测试,分析了PbSe量子点对电池的影响机理。实验结果表明,当PbO与OA的量比为1∶2、反应时间为3 min时,可得到尺寸均匀分布在3～7 nm之间、结晶性较好的量子点,掺杂量子点质量分数为3%时,短路电流密度提升了8.37%,光电转换效率提升了37.41%,有效提升了聚合物太阳能电池的性能。     

采用高传导率银铜镍网格电极的柔性聚合物太阳能电池

采用一种新的阳极材料:银、铜、镍的复合金属网格阳极,利用旋涂法制成了活性层为P3HT (poly(3-hexylthiophene)):PCBM([6,6]-phenylC61-butyricacidmethylester)的柔性衬底聚合物太阳能电池.制备了5种不同结构的柔性聚合物太阳能电池器件,将采用新型阳极材料的柔性衬底聚合物太阳能电池与传统ITO(Indium tin oxide)阳极的柔性衬底聚合物太阳能电池进行对比,发现新型阳极材料所制成的器件性能得到大幅度的提高,其电池器件在50 mW/cm~2强度光照下,开路电压(V_(oc))为0.54 V,短路电流密度(J_(sc))为5.39 mA/cm~2,能量转换效率为2.060%.     

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。     

电压调控型有机光电倍增探测器

采用改变有机探测器活性层中给受体比例的方法,实现器件工作电压的可调性.研究PBDT-TT-F∶PC_(61)BM∶C_(60)光电倍增型器件中不同PC_(61)BM浓度对空穴隧穿注入电压的影响.在接近600%的外量子效率下,通过调控PC_(61)BM的浓度,既可以获得-3 V较低工作电压器件,也可以获得-6 V较高工作电压器件.结果表明,通过调节活性层中PC_(61)BM的浓度,可以改变激子解离率和空穴传输能力,引起阳极对空穴注入电流收集率的变化,最终达到调控工作电压要求.本文为实现工艺简单、低工作电压且可调的倍增型有机光电探测器提供了参考.     

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.     

基于Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

采用旋涂Al_2O_3前驱体溶液和低温退火的方法在活性层上形成Al_2O_3薄膜,并与MoO_3结合形成Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层,制备了以聚3-己基噻吩:[6.6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(P3HT:PC_(61)BM)为活性层的倒置聚合物太阳能电池,并通过改变Al_2O_3前驱体溶液的浓度来分析复合阳极缓冲层对器件性能的影响.结果发现,Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层能有效调控倒置聚合物太阳能电池的光电性能及其稳定性.当Al_2O_3前驱体溶液的浓度为0.15%时,器件光伏性能达到最优值,与MoO_3单缓冲层的器件相比,光电转换效率(PCE)由3.85%提高到4.64%;经过80天老化测试后,具有复合阳极缓冲层的器件PCE保留为初始值的76%,而单缓冲层的器件PCE已经下降到50%以下.器件性能得到改善的原因是Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层增强了倒置太阳能电池器件阳极对空穴的收集能力,同时钝化了器件活性层,从而提升了太阳能电池器件的光伏性能及其稳定性.     

不同受体对PTB7聚合物太阳能电池的性能影响的研究

使用两种或者更多种类的富勒烯衍生物作为受体可以使poly(3-己基噻吩)(P3TH)系的混合异质结太阳能电池效率明显提升。这样的提升源于当受体使用富勒烯多重加合物的最低未占轨道(LUMO)提升而使其开路电压升高。虽然其他聚合物也同样能获得高的开路电压,但是大多数的聚合物却不像P3TH一样获得性能提升,在与像苯基-C61-丁酸甲酯 (bis-PCBM)或者the indene-C60 bis-adduct (ICBA)混合后表现出下降的光电流。在此,我们研究这些性能改变的原因。使用[6,6]-苯基C₇₀-丁酸甲酯(PC₇₀BM), ICBA和bis-PC₇₀BM作为受体并且PTB7作为给体,其结构为：ITO/PEDOT：PSS/活性层/LiF/Al,聚合物太阳能电池的表现的性能分别为7.29%, 4.92% 和3.33%。性能的改变可能主要归因于不同受体影响器件激子产生和电荷收集。     

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.     

Study of a ternary blend system for bulk heterojunction thin film solar cells

In this research, we report a bulk heterojunction(BHJ) solar cell consisting of a ternary blend system. Poly(3-hexylthiophene) P3 HT is used as a donor and [6,6]-phenyl C61-butyric acid methylester(PCBM) plays the role of acceptor whereas vanadyl 2,9,16,23-tetraphenoxy-29 H, 31H-phthalocyanine(VOPc Ph O) is selected as an ambipolar transport material. The materials are selected and assembled in such a fashion that the generated charge carriers could efficiently be transported rightwards within the blend. The organic BHJ solar cells consist of ITO/PEDOT:PSS/ternary BHJ blend/Al structure. The power conversion efficiencies of the ITO/ PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al and ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:VOPcPhO/Al solar cells are found to be 2.3% and 3.4%, respectively.     

银纳米颗粒对聚合物太阳能电池性能的提高

采用水溶性银纳米颗粒附着在反型太阳能电池的电子传输层上,用以提高有机太阳能电池的短路电流。所制备的器件结构为ITO/ZnO/Ag NPs/P3HT(Poly 3-hexylthiophene):PC_[60]BM/MoO₃/Ag。其金属银纳米颗粒的表面等离激元在410 nm处出现了共振吸收峰,半峰全宽约为60 nm。器件的光电流在可见光范围内均有所增加,短路电流相对于标准器件提高了20.2%,光电转化效率相对提高了17.2%。     

Donor-acceptor conjugated copolymer with high thermoelectric performance: A case study of the oxidation process within chemical doping

The doping process and thermoelectric properties of donor-acceptor(D-A)type copolymers are investigated with the representative poly([2,6-4,8-di(5-ethylhexylthienyl)benzo[1,2-b;3,3-b]dithiophene]3-fluoro-2-[(2-ethylhexyl)-carbonyl]thieno[3,4-b]thiophenediyl))(PTB7-Th).The PTB7-Th is doped by Fe Cl;and only polarons are induced in its doped films.The results reveal that the electron-rich donor units within PTB7-Th lose electrons preferentially at the initial stage of the oxidation and then the acceptor units begin to be oxidized at a high doping concentration.The energy levels of polarons and the Fermi level of the doped PTB7-Th remain almost unchange with different doping levels.However,the morphology of the PTB7-Th films could be deteriorated as the doping levels are improved,which is one of the main reasons for the decrease of electrical conductivity at the later stage of doping.The best electrical conductivity and power factor are obtained to be 42.3 S·cm^-1;and 33.9μW·mK^-1,respectively,in the doped PTB7-Th film at room temperature.The power factor is further improved to 38.3μW·mK^-1;at 75℃.This work may provide meaningful experience for development of D-A type thermoelectric copolymers and may further improve the doping efficiency.     

电纺ZnO纳米纤维电子传输层提高倒置PTB7∶PC70BM电池效率

研究利用静电纺丝制备的不同直径ZnO纳米纤维作为倒置结构有机太阳能电池的电子传输层对器件转化效率的影响。首先通过静电纺丝技术成功制备了半径在43～110 nm之间的ZnO纳米纤维,然后将ZnO纳米纤维作为电子传输层加入到倒置结构有机太阳能电池（ITO/ZnO∶ZnO nanofiber/PTB7∶PC₇₀BM/MoO₃/Al）。与平面结构的ZnO电子传输层相比,ZnO纳米纤维具有比表面积大等优点,增加了电子传输和抽取能力,提高了器件的光电转化效率。实验发现ZnO纳米纤维的直径越小,电池效率越大。当ZnO纳米纤维直径为(46±5)nm,接收时间为30 s时,作为电子传输层的电池效率提高了8%。     

窄带有机光电探测器的优化设计

针对基于无机材料的光电探测器需要借助滤光器或棱镜耦合实现窄带响应,提出了一种通过有机材料制备窄带光电探测器并提高吸收峰值和降低半高全宽的方法和结构。该器件由分布布拉格反射器和有机光电二极管构成。有机光电二极管的顶电极和底电极之间构成光学微腔。采用传输矩阵法,详细分析了分布布拉格反射器的中心波长、有机光电二极管透明顶电极和光敏感层的厚度对有机光电探测器吸收性能的影响。研究结果表明,Tamm等离激元共振波长接近光敏感层的光学带隙时,可获得半高全宽小于20 nm的窄带响应,并且吸收峰值在70%以上。基于PTB7∶PC~(71)BM和PTB7-Th∶IEICO-4F的有机光电探测器分别可用于探测红光和近红外光。该研究从基本物理机制出发,结合材料和器件结构可将有机光电探测器的响应窗口从可见光拓展至近红外光。     

Improved efficiency of ternary the blend polymer solar cells by doping a narrow band gap polymer material

A series of P3HT:PC71BM polymer solar cells(PSCs)with different PIDTDTQx doping concentrations were fabricated to investigate the effect of the PIDTDTQx as a complementary electron donor on the performance of PSCs.The power conversion efficiency(PCE)of the optimized ternary blend PSCs(with 2 wt%PIDTDTQx)reached 3.87%,which is 28%higher than that of the PSCs based on P3HT:PC71BM(control cells).The short-circuit current density(Jsc)was increased to 10.20 m A/cm2compared with the control cells.The PCE improvement could be attributed to more photon harvest and charge carrier transport by appropriate doping PIDTDTQx.The energy transfer from P3HT to PIDTDTQx was demonstrated from the 650 nm emission intensity decrease and the red-shifted emission peaks from 725 nm to 737 nm along with the increase of PIDTDTQx doping concentrations.     

Electronic and photovoltaic properties of p-Si/C70 heterojunction diode

Electronic and photovoltaic properties of p-Si/C₇₀ heterojunction diode have been investigated. The ideality factor n and barrier height φ_b values of the diode were found to be 1.86 and 0.69 eV, respectively. The diode indicates a non-ideal current–voltage behaviour due to the ideality factor being higher than unity. This behaviour results from the effect of series resistance and the presence of an interfacial layer. The series resistance R_S and ideality factor n values were determined using Cheng's method and the obtained values are 2.21×10⁵ Ω and 1.86, respectively. The device shows photovoltaic behaviour with a maximum open-circuit voltage of 0.22 V and a short-circuit current of 0.35 μA under 6 mW/cm² light intensity.