有机太阳能电池的活性层后处理工艺研究进展

有机太阳能电池(Polymer Solar Cell,PSC)由于具有环保低能耗、轻量低成本、柔性、可溶液加工和大面积印刷制备的综合性优势而受到广泛关注.活性层是PSC最重要的组成部分,其形貌的调控和优化决定了器件最终的性能,因此有必要对活性层优化工艺进行系统整理和分析.对活性层后处理工艺在PSC中应用的最新研究进展进...     

有机太阳能电池的研究进展

作为一种成本低廉、工艺简单、可柔性加工的储能器件技术,有机太阳能电池已经成为新型太阳能电池领域的重要发展方向。解决活性层材料的设计、入射光调控结构的应用及传输层界面的修饰问题,提升光电转化效率是目前有机太阳能电池的研究热点。综述了有机太阳能电池的研究进展,包括有机太阳能电池的设计与制备、界面缓冲材料设计及给体/受体材料改性研究,并展望了有机太阳能电池未来的发展方向。     

基于Re-BCP为缓冲层有机太阳能电池性能的研究

有机太阳能电池(OSCs)因成本低、质量轻、柔性 和可大面积制备等优点而被广泛关注。本文通过定向合成有机配合物Re-BCP,首次将其作 为阴极缓冲层引入到OSCs中。通过实验发现,OSCs效率与Re-BCP层厚度密切相关。在标准 太阳光照条件下,结构为ITO/CuPc(20nm)/C60(40nm)/Re-BCP(x nm)/Al(100nm)器件的效率随着Re-BCP厚度的增加先增大后变 小,当其厚为0nm时,效率为0.65%;厚为7nm时,效率为1.10%;而当厚为10nm时,效率降为0.50%。结合器件结构,探讨了器件性能提高的机理。     

基于PIN结构的Rubrene/C_(70)太阳能电池的性能研究

实验制备了ITO/V2O5/Rubrene/C70:Rubrene/C70/BCP/Al的PIN结构有机太阳能电池(OSC),其中Rubrene、Rubrene:C70和C70分别作为P、I和N层。通过改变I层厚度,研究了I层对OSC性能的影响及作用机理。实验显示,I层厚为5nm时器件的功率转换效率η达到最大值为1.580%,同时获得了较大的短路电流密度Jsc为4.365mA·cm-2;相对PN结构器件,功率转化效率η短路电流密度Jsc和填充因子FF分别提高了40.3%、29.7%和8.2%。我们认为,I层中激子分离效率的提高导致了器件性能的改善。     

基于PIN结构的Rubrene/C70太阳能电池的性能研究

实验制备了ITO/V₂O₅/Rubrene/C₇₀:Rub rene/C₇₀/BCP/Al的PIN结构有机太阳能电池(OSC),其中 Rubrene、Rubrene:C₇₀和C₇₀分别作为P、I和N层。通过改变I层厚度,研究了I 层对OSC性能的影响及作用机理。实验显示,I层厚为5nm时器件的功率转换效率η达到最大值为1.580%,同时 获得了较大的短路电流密度Jsc为4.365mA· cm－2;相对PN结构器件,功率转化效率η短路电流密度Jsc和填充因子FF分别提 高了40.3%、29.7%和8.2%。我们认为,I层中激子分离效率的提高导 致了器件性能的改善。     

Bphen/Ag/Bphen复合缓冲层对有机太阳电池性能的影响

采用Bphen/Ag/Bphen作为阴极缓冲层,制备了基于CuPc/C60的有机太阳电池,研究了在有机薄膜中加入金属超薄层对器件性能的影响。结果表明,在Bphen缓冲层中加入1 nm的Ag时,器件的电子注入和传输都得到了提高。采用常用的等效电路模型,计算了缓冲层对器件性能参数的影响。发现Bphen/Ag/Bphen可以改善有机层和电极的界面接触性能,降低器件的串联电阻。此外,测试了器件的吸收光谱,研究了复合缓冲层对器件光子吸收的作用,发现加入Ag薄层后提高了器件的光吸收能力。     

低温处理的TiO2纳米颗粒薄膜作为缓冲层的有机光伏电池

通过溶胶凝胶法(sol-gel)合成了TiO₂纳米颗 粒(NPs),制备了结构为 ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/TiO₂/Al的有机太阳能电池(OSC)器件。通过优化阴极缓冲 层TiO₂NPs的 热处理温度,考察了温度以及溶剂对TiO₂NPs薄膜的光学性能、形貌结构和电学 性能的影响,并研究了其对OSC性能的影响及作用机理。实验发现,TiO₂NPs处理温度 为80℃时,器件 的效率达到了2.52%。相对于参比器件,器件的光电转换效率(PCE) 、填充因子(FF)分别提高了60%、64.7%。     

银纳米颗粒界面层对有机太阳能电池光敏层相分离的影响

通过原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XP S)表征,研究了在光敏层与阳极缓冲层界面引入银(Ag)纳米颗粒界面层后对PTB7:PC70BM光 敏层相分离的影响,并通过接触角测试对其影响机理进行了分的,结果表明,当引入Ag纳米 颗粒界面层后,光敏层的表面形貌并没有发生 明显的改变,但是光敏层在横向与纵向方向有了更好的相分离;并发现,引入Ag纳米颗粒引 起 的光敏层优化的相分离,本质上源于其底部PEDOT:PSS层表面能的减小,其中起关键作用的 是乙醇溶剂;通过紫外-可见吸收光谱以及相关电池性能测试确认,乙醇溶剂处理PEDOT:P SS表面有助于提高电池的电性能。 本文研究表明,在有机太阳能电池(OSCs)中引入金属纳米颗粒,不仅要考虑其 光学效应,还要考虑由于光敏层相分离的变化引起的电学效应。     

双阴极修饰层改善Rubrene/C70有机太阳能电池的性能

采用NTCDA/PTCBI双阴极修饰层制备了结构为ITO /MoO₃/Rubrene/C70/NTCDA/PTCBI/Al有机太阳能 电池(OSC),研究了双阴极修饰层对Rubrene/C70 OSC性能的影 响。实验结果表明,引入双阴极修饰层 后,器件的各性能参数有了显著提高。通过对PTCBI厚度优化发现,当PTCBI厚为5nm时器件 的各性 能参数最佳,器件的功率转换效率(PCE)=3.19%,电流密度Jsc=8.99mA·cm－2,开路电 压Voc=0.85V, 填充因子(FF)=41.58%,与未插入PTCBI 层相比器件的各性能分别提高了538%、338.5% 、13.3%和16.5%。     

Bphen作为缓冲层对有机太阳能电池的光电性能影响

选用CuPc(酞菁酮)为供电子的材料,使用Bphen(4,7-二苯基-1,10-邻二氮杂菲)为缓冲层的材料,研究了结构为ITO/PEDOT:PSS/CuPc(20 nm)/C60(40 nm)/Bphen(x)/Ag(100 nm)的有机太阳能电池(OSC).考察OSC性能与缓冲层Bphen厚度之间的关系,优化器件的结构.在标准太阳光照条件下(AM1.5)测量器件的Ⅰ-Ⅴ特性,结果显示,太阳电池的能量转换效率与缓冲层厚度密切相关.采用高真空蒸发的方法,制作了结构为ITO/PEDOT:PSS/CuPc(20 nm)/C60(40 nm)/Bphen(x)/Ag(100 nm)的器件,器件效率随着Bphen厚度的增加先增大后变小,当厚度为0 nm时,效率为0.85%;当厚度为2.5 nm时,效率为1.22%;而当厚度为5 nm时,效率为1.69%;当厚度为7.5 nm时,效率则为0.79%,当厚度为10 nm时,效率则为0%.     

Bathocuproine作为缓冲层改善Rubrene/C70太阳能电池的性能

制备了结构为ITO/Rubrene/C70/BCP/Al的双层有机太阳能电池(OSCs),通过优化缓冲层BCP的厚度研究了BCP对OSCs性能的影响及其作用机理。实验发现,BCP厚为6nm时,器件的效率最高达到1.78%,同时获得了较大的开路电压0.901V。相对于没有缓冲层,器件的效率、短路电流、开路电压和填充因子分别提高了432.9%、74.8%、95.4%和55.5%。     

基于CuBB为阴极缓冲层有机太阳能电池性能的研究

通过定向合成Cu(I)配合物,首次将 其作为阴极缓冲层引入到有机太阳能电池(OSCs)中。实验分析发现,OSCs的光电能量转换效 率(PCE)与CuBB层厚度紧密相关,在标准太阳 光照条件下,结构为ITO/CuPc (20nm)/C60(40nm)/CuBB (x m m)/Al (100nm)的器件PCE随着CuBB厚度的增加 先增大后变小,当厚为8nm 时PCE达到0.94%。器件性能提高的原因主要是CuBB具有良好 的电子迁移率,但厚度过大时则由于串联电阻增加及电子不能经阴极缓冲层传输而使性能降 低。     

有机太阳能电池研究进展

有机太阳能电池与无机太阳能电池相比,还存在许多关键性问题。为了改善有机太阳能电池的性能,各种研究工作正在进行,这些研究主要是为了寻找新的材料,优化器件结构。对电池原理、部分表征方法、效率损失机制、典型器件结构、最近的发展、以及未来的发展趋势作了简要描述。     

聚乙二醇阴极修饰层改善聚合物太阳能电池光电性能的研究

通过将聚乙二醇(PEG)掺入活性层制备聚合物太阳 能电池,利用PEG的迁移特性获得阴极修饰层,研 究PEG阴极修饰层对聚合物太阳能电池光电性能的影响。X射线光电子能谱(XPS)分 析表明,掺入活性层中的 PEG迁移到活性层与Al电极之间,形成了阴极缓冲层。吸收光谱、电流密度-电压 特性曲线和外量子 效率谱的分析表明,PEG阴极缓冲层的形成改善了活性层与阴极的界面接触特性, 降低了活性层与电 极之间的能级势垒,有利于载流子传输,因此显著地改善了聚合物太阳能电池的光电性能, 使得器件的开 路电压Voc、短路电流密度Jsc和填充因子(FF)都有明显提高。当P3HT:PCBM 活性层中掺入体积比为0.5%的PEG时,聚合物太阳能电池的能量转换 效率(P CE)最高,达到了3.07%,比未掺杂PEG的参考器件提 高了38.5%。     

纳米材料有机太阳能电池吸收层能量转换效率研究

针对有机太阳能电池吸收层能量转换效率低的情况,对纳米材料有机太阳能电池吸收层能量转换效率研究。首先准备实验材料与实验设备,并制备有机太阳能电池与纳米材料溶液,将制备好的纳米材料以2 pm,8 pm,16 pm,19 pm的浓度分别添加到4个太阳能电池中,分别对比4个不同浓度的有机太阳能电池的能量转换效率。纳米材料有机太阳能电池能量转换效率分析结果表明,添加浓度为16 pm的有机太阳能电池吸收层的能量转换效率最高,具有一定的实际应用意义。     

聚合物/小分子有机光伏电池活性层形貌调控研究进展

近年来,基于新的有机半导体材料的合成、器件结构的优化以及对太阳电池活性层形貌的有效调控,有机光伏电池(OPV)得到了迅速的发展。目前基于聚合物/小分子共混体系的单结OPV的光电转换效率已经超过18%。首先,概述了聚合物/小分子OPV的研究进展;接着,介绍了OPV的工作原理和相分离机理,并分析了OPV的光电性能、活性层形貌特征参数以及相分离过程这三者之间的关系;其次,探讨了不同物理调控手段对活性层形貌的影响,主要介绍了调节溶液的聚集、成膜过程中优化活性层形貌以及薄膜后处理等优化活性层的方法,重点介绍了聚合物/小分子OPV的活性层形貌调控的方法;最后,对OPV未来的发展方向进行了展望。     

利用Rubrene/C70异质结提高有机太阳能电池的性能

用C70、C60作为受体,Rubrene、CuPc作为给体,制备了4种异质结有机太阳能电池（（）SCs）。实验结果表明,c70代替Qo作为受体的OSCs短路电流Jsc显著增加;Rubrene代替CuPc作为给体的OSCs的开路电压Voc大幅度提高。制备的Rubrene／G70异质结OSCs的Voc、Jsc填充因子FF和...     

石墨烯基杂化聚合物太阳能电池中光活性层组成对器件性能的影响北大核心CSCD

利用溶剂热法可控制备了具有不同质量比的还原氧化石墨烯/CuInS_(2)量子点(rGO/CuInS_(2)-QDs)杂化材料。将rGO/CuInS_(2)-QDs杂化材料与聚(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯基)(MEH-PPV)共混作为光活性层,制备了石墨烯基杂化聚合物太阳能电池,研究了rGO/CuInS_(2)-QDs杂化受体材料中rGO与CuInS_(2)-QDs的质量比(x)以及聚合物给体材料MEH-PPV与rGO/CuInS_(2)-QDs杂化受体材料的质量比(w)对器件性能的影响。结果表明,光活性层复合膜中rGO/CuInS_(2)(x=0.25)杂化受体材料含量由10%(w=9)增加到17%(w=5)时,器件的电子收集效率(ηc)由0.61提高到0.78,使得器件的光电转换效率得到提高。     

基于MoO3和Re-Bphen修饰有机太阳能电池性能的研究

有机太阳能电池(OSCs)的性能与材料及器件结构密切相关。以MoO3为阳极缓冲层,有机金属配合物Re-Bphen为阴极缓冲层,制备了结构为ITO/MoO3/CuPc/C60/Re-Bphen/Al的OSCs。在标准太阳光照条件下,当MoO3和Re-Bphen的厚分别为5nm和8nm时实现了器件的最佳性能,能量转换效率(PCE)和器件寿命均显著提高。结合器件结构,分析了工作机制。