P3HT:PCBM薄膜成膜过程对聚合物太阳能电池性能的影响

P3HT:PCBM薄膜的快速和缓慢成膜过程能显著的改变异质结聚合物太阳能电池性能.通过调节旋转时间以及薄膜退火前的间隔时间,研究了P3HT:PCBM混合薄膜缓慢生长所需最佳时间.结果表明,在转速800 r·min-1下旋涂薄膜,经过50～80 s的旋涂,接着放置样品薄膜30 min以上,然后再对薄膜进行退火处理,电池效...     

掺杂石墨烯量子点对P3HT:PCBM太阳能电池性能的影响

为研究掺杂石墨烯量子点(GQDs)对聚合物电池的影响,采用溶剂热法制备了GQDs,掺杂到聚3-己基噻吩和富勒烯衍生物(P3HT∶PCBM)中作光敏层制备了聚合物太阳能电池。掺杂不同浓度的GQDs后,聚合物电池的开路电压和填充因子都比未掺杂器件高。GQDs掺杂质量分数为0.15%时,形成的掺杂薄膜平整、均匀,填充因子提高了17.42%。GQDs经还原后,随还原时间的延长,填充因子FF增大。到45 min时,电池的FF基本稳定,从31.57%提高至40.80%,提高了29.24%。退火后,获得了最佳的掺杂GQDs的聚合物太阳能电池,开路电压Voc为0.54 V,填充因子FF为55.56%,光电转换效率为0.75%。     

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%。     

P3HT∶PCBM薄膜成膜过程对聚合物太阳能电池性能的影响

P3HT∶PCBM薄膜的快速和缓慢成膜过程能显著的改变异质结聚合物太阳能电池性能。通过调节旋转时间以及薄膜退火前的间隔时间,研究了P3HT∶PCBM混合薄膜缓慢生长所需最佳时间。结果表明,在转速800 r.min-1下旋涂薄膜,经过50~80 s的旋涂,接着放置样品薄膜30 min以上,然后再对薄膜进行退火处理,电池效率可以达到3%以上,而快速成膜的电池效率只有1.8%左右。合理的P3HT和PCBM相分离促进了相应载流子的跳跃和传输,是提高电池效率的根本原因。研究结果为准确掌控缓慢生长的混合薄膜提供了时间窗口。     

复合阴极Ag/LiF/Al对P3HT:PCBM太阳能电池性能的影响

在P3HT∶PCBM聚合物太阳能电池的阴极LiF/Al中引入纳米结构的银膜组成Ag/LiF/Al复合阴极,太阳能电池的光电流能显著提高。在AM1.5G和100mW.cm-2的模拟太阳光照射下,当银膜厚度为4纳米时,优化的太阳能电池的光电流要比只有LiF/Al的参比太阳能电池高20%以上。研究表明,纳米银膜产生的表面等离子体效应是增强聚合物太阳能电池光电池的主要原因。不过,银膜修饰的太阳能电池填充因子和开路电压要比参考电池低,最终使该类型电池效率降低。在银膜处增加的载流子复合可能是导致电池填充因子、开路电压和能量转化效率降低的重要原因。     

退火气压对于P3HT∶PCBM微观形貌及光伏性能的影响

通过精确设定不同的退火环境气压, 实现对P3HT(Poly(3-hexylthiophene -2,5-diyl)与PCBM(［6,6］-Phenyl C61 butyric acid methyl ester)体系中聚噻吩结晶度以及共混相分离程度的控制, 并在此基础上制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PCBM/Al的正型光伏器件。在允许的压强设定范围内, 器件各项性能参数均随退火环境压强的增大表现出先升高后下降的变化规律, 并统一于气压设定为1 500 mTorr时获得最大值。从活性层的紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱中发现P3HT在510 nm吸收峰以及550和600 nm肩峰附近的吸收强度随退火气压升高而增大, 在气压为1 500 mTorr时达到最高, 吸收强度的提升源于聚合物分子π—π堆叠的增加。原子力显微镜(AFM)进一步分析结果表明, 高气压环境(>1 000 mTorr)能够促进P3HT∶PCBM共混组分在退火过程中形成较大程度的相分离, 而当环境压强合适时(1 500 mTorr)适度的相分离利于聚合物形成良好有序结晶, 从而能够提升活性层内部载流子传输能力, 保证较高的短路电流与填充因子, 制备的器件也因此表现出良好的光伏性能, 光电转化效率达到3.56%。     

退火气压对于P3HT∶PCBM微观形貌及光伏性能的影响

通过精确设定不同的退火环境气压,实现对P3HT(Poly(3-hexylthiophene -2,5-diyl)与PCBM([6,6]-Phenyl C₆₁ butyric acid methyl ester)体系中聚噻吩结晶度以及共混相分离程度的控制,并在此基础上制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PCBM/Al的正型光伏器件。在允许的压强设定范围内,器件各项性能参数均随退火环境压强的增大表现出先升高后下降的变化规律,并统一于气压设定为1 500 mTorr时获得最大值。从活性层的紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱中发现P3HT在510 nm吸收峰以及550和600 nm肩峰附近的吸收强度随退火气压升高而增大,在气压为1 500 mTorr时达到最高,吸收强度的提升源于聚合物分子π—π堆叠的增加。原子力显微镜(AFM)进一步分析结果表明,高气压环境(>1 000 mTorr)能够促进P3HT∶PCBM共混组分在退火过程中形成较大程度的相分离,而当环境压强合适时(1 500 mTorr)适度的相分离利于聚合物形成良好有序结晶,从而能够提升活性层内部载流子传输能力,保证较高的短路电流与填充因子,制备的器件也因此表现出良好的光伏性能,光电转化效率达到3.56%。     

磁场对P3HT:PCBM活性层的薄膜形貌及光电性能的影响

以P3HT(Poly(3-Hexylthiophene))为电子给体,PCBM([6,6]-Phenyl C61Butyric Acid Methyl Ester)为电子受体,在活性层P3HT:PCBM的退火过程中,利用磁场对活性层有机分子的排列取向作用,制备了有机体异质结太阳能电池。研究结果表明:当磁场强度为0.9MA/m时,器件的短路电流密度从7.414A/cm2提高到8.332A/cm2,填充因子也相应地增加,但开路电压却有所降低,最高的光电转换效率为2.562%。由光致发光光谱和原子力显微图像可知,磁场对活性层的结晶度、内部分子排列和表面形貌都有明显的影响。     

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.     

胆甾液晶掺杂活性层对有机太阳能电池性能的影响

以poly(3-hexylthiophene)(P3HT)为电子给体,indene-C60bisadduct(ICBA)为电子受体,通过掺杂不同浓度胆甾液晶氯化胆甾醇制备了有机体异质结太阳能电池.结果表明,适当浓度掺杂使器件的开路电压提高到了0.78 V,但短路电流密度却有所降低,填充因子几乎不变,能量转换效率提高了10%.利用X射线、光致发光、原子力显微镜及紫外-可见吸收光谱进行表征,发现液晶掺杂对活性层的结晶度、分子内部排列情况、薄膜表面形貌和光吸收特性等都有明显影响.     

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.     

基底温度对喷涂技术制备大面积有机太阳能电池性能的影响

以聚3-己基噻吩（P3HT）和富勒烯衍生物（PCBM）体系的有机太阳能电池器件为基础,采用喷涂法制备了有机太阳能电池的空穴传输层和有机功能层,研究了基底温度对薄膜的形貌和器件性能的影响,并采用喷涂技术制备了一面积为11.2 cm²的大面积有机太阳能电池器件。研究发现,随着基底温度的升高,薄膜的粗糙度下降,吸收率提高,当基底温度为130 ℃时器件的性能最优,面积为25 mm²的器件的能量转换效率为2.09%。将多个独立的小面积电池进行串联和并联,制备了有效面积为11.2 cm²的大面积有机太阳能电池组件,其能量转换效率为1.83%,在面积增大44.8倍的情况下,效率仅损失不到13%。     

混合溶剂对P3HT:PCBM基太阳能电池的影响

以poly(3-hexylthiophene)(P3HT)为电子给体材料,[6,6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester (PCBM)为电子受体材料,制备了纯氯苯(CB)溶剂、纯氯仿(CF)溶剂和氯苯/氯仿(CB/CF)不同比例混合溶剂的共混体系太阳能电池.研究了不同溶剂及不同比例混合的混合溶剂对电池性能的影响.结果表明:以CB/CF(3/1)为溶剂制备的器件,紫外可见吸收光谱和器件外量子效率曲线显示出红移现象,原子力显微图表明P3HT和PCBM间形成良好的相分离结构.在100 mW/cm2强度光照射下,其开路电压Voc为0.61 V短路电流密度Jsc为9mA/cm2,填充因子FF为57.9％,能量转换效率PCE为3.2％.     

阴极缓冲层对于不同惰性气氛气压退火处理的 P3HT∶PCBM光伏性能的影响

制备了基于聚(3-己基噻吩)(P3HT)与可溶性富勒烯衍生物(PCBM)共混体系的太阳能电池。通过改变活性层退火处理时惰性气氛环境的压强,在一定程度上实现对共混物相分离以及聚合物结晶度的控制,研究了LiF作为阴极缓冲层对不同压强下退火处理的器件性能的影响。实验发现,LiF层的关键作用在于稳定开路电压以及提升短路电流,从而带动转化效率整体提升。结果表明,LiF层可以改善器件活性层与金属电极接触的界面形态,而器件的最终性能则由活性层的微观形貌与电极界面形态共同决定。     

利用Ag_2O/PEDOT:PSS复合缓冲层提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池器件性能的研究

利用Ag2O/PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐)作为复合阳极缓冲层,制备了P3HT:PCBM(聚(3-已基噻吩):富勒烯衍生物)聚合物太阳能电池器件,并通过改变氧化银插入层的厚度来分析复合缓冲层对器件性能的影响.实验发现,具有阳极缓冲层修饰的器件在退火处理后,光伏性能得到了改善.相比于单一PEDOT:PSS缓冲层的器件,Ag2O/PEDOT:PSS复合缓冲层可以增大器件的短路电流密度和外量子效率,使器件效率得到提高.分析表明,退火处理可以有效改善活性层的薄膜形貌,增加光的吸收和激子的解离,而较薄氧化银的引入,可以有效降低阳极处空穴的输运势垒,提高器件空穴收集效率,并能充当化学间隔层,提高器件光伏性能和稳定性.     

P3HT/PMMA双层聚合物电双稳器件的研究

通过逐层旋涂的方法,制备了P3HT(poly(3-hexylthiophene))与PMMA(poly(methylmethacrylate))双层器件,并与二者的共混溶液制备的器件进行了性能对比。利用扫描电镜(SEM)表征了双层器件的横截面形貌;利用电流-电压(I-V)以及电流-读取次数(I-t)测试,测量了两种器件的开关比以及持续时间特性。其中,双层器件具有更好的开关比,可达1×10~3,同时反复读写测试表明器件性能非常稳定。为了解释电双稳现象产生的机理,对双层结构器件的电流-电压曲线进行了线性拟合,利用器件的能级图进行分析,得出了电荷在器件中的传输过程。研究结果表明,可以通过电荷俘获释放理论解释P3HT/PMMA双层器件电双稳特性产生的机理。     

旋涂速度对制备P3HT有机场效应晶体管性能的影响

采用溶液化的方法制备了以PMMA为绝缘层、P3HT为有源层的有机场效应晶体管.研究了P3HT有源层和PMMA绝缘层的旋涂速度对器件性能的影响.实验结果表明,当P3HT和PMMA的旋涂速度均为2 000 r/min时,器件的性能最佳.峰值场效应迁移率为6.84×10^-2 cm²·V^－1·s^－1.结果表明,选择适当的旋涂速度是一种有效提高溶液化制备有机场效应晶体管性能的方法.     

PVA栅绝缘层浓度对P3HT有机场效应晶体管性能的影响

采用溶液制备法制备了用PVA作为绝缘层、P3HT作为有源层的有机场效应晶体管,,研究了不同浓度PVA栅绝缘层对器件性能的影响。实验结果显示,以质量分数为8%的PVA溶液制备的栅绝缘层具有最好的性能,器件的场效应迁移率为0.31 cm²·V^-1·s^-1,阈值电压为-6 V。进一步分析了PVA栅绝缘层浓度对器件性能提高的原因,结果表明,对于制备溶液化的有机场效应晶体管,选取合适的PVA栅绝缘层浓度非常重要。     

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.     

阳极缓冲层修饰对聚合物太阳能电池性能的影响

为提高聚合物太阳能电池的能量转换效率,将聚乙二醇(PEG)掺入PEDOT∶PSS阳极缓冲层,研究了阳极缓冲层修饰对聚合物太阳能电池性能的影响。首先研究了聚乙二醇对PEDOT∶PSS薄膜电导率的影响,发现PEG会与PEDOT和PSS相互作用,使得PEDOT链重新排布,有利于电荷载流子的传输,从而显著改善了PEDOT∶PSS薄膜的电导率,当PEDOT∶PSS中掺入体积分数为2%~4%的PEG时,可得到较大的电导率。然后,以PEG修饰的PEDOT∶PSS薄膜作为阳极缓冲层制备了聚合物太阳能电池,研究了PEG的掺入对聚合物太阳能电池性能的影响。实验发现,PEG改善的PEDOT∶PSS电导率有利于提高电池的短路电流密度和填充因子,从而改善了器件光伏性能。当PEDOT∶PSS中掺入体积分数为2%的PEG时,聚合物太阳能电池的能量转换效率最高,比未掺杂的器件提高了24.4%。