不同比例的MEH-PPV与PCBM共混体系光电池性能研究

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2^/-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene)为电子给体材料(donor,D), PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-1-phenyl-(6,6)C₆₁)为电子受体材料(acceptor,A),制成了不同比例的共混体系太阳电池.从不同比例的D/A材料共混体系的原子力图、光荧光谱、器件的单电荷传输的暗导J-V图、太阳电池的光敏图及器件双电荷传输的光、暗导J-V图方面,详细分析了不同比例的D/A材料对器件性能影响.得出了当D/A材料比例为1∶4时,器件中活性层能形成良好的互穿网络,光生激子能有效地分离,被分离的电荷能有效地传输,太阳电池的性能最好.其光电池在100mW/cm²强度光照下,其开路电压V_oc为0.8V,短路电流密度J_sc为3.47mA/cm²,填充因子FF为55.9%,能量转换效率η为1.55%. 关键词： 太阳能电池 聚合物 性能     

MEH-PPV与TiO2共混体系太阳电池性能分析

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2′-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene)为电子给体材料(Donor,D), TiO₂纳米线为电子受体材料(Acceptor,A),制成了共混体系太阳电池. 从D/A材料共混体系的紫外可见吸收光谱(UV-vis)、光荧光谱(PL)、器件的电荷传输的光导J-V图等方面,分析了MEH-PPV∶TiO₂体系器件性能变化的原因. 得出了当在纯MEH-PP 关键词： 太阳电池 聚合物 性能     

MEH-PPV与TiO2共混体系太阳电池性能分析

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene)为电子给体材料(Donor,D),TiO2纳米线为电子受体材料(Aceeptor,A),制成了共混体系太阳电池.从D/A材料共混体系的紫外可见吸收光谱(UV-vis)、光荧光谱(PL)、器件的电荷传输的光导J-V图等方面,分析了MEH-PPV:TiO2体系器件性能变化的原因.得出了当在纯MEH-PPV中掺入TiO2纳米线时,共混体系的太阳电池性能大幅度增加,当D/A比例为1:3时,其太阳电池在AM1.5光照下,其开路电压Voc为0.7 V,短路电流密度Jsc为0.3 mA/cm2填充因子FF为30.5%,能量转换效率n为0.091%.其能量转换效率比纯MEH-PPV作为活性层器件提高近60倍.发现当共混体系用苯硫酚溶剂回流时,其器件性能又提高了近一倍.     

Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展

介绍了近年来低成本Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池方面的研究进展.应用于光伏器件的吸收层材料Cu_2O是直接带隙半导体材料,天然呈现p型;其原材料丰富,且对环境友好.Cu_2O/ZnO异质结太阳电池结构主要有平面结构和纳米线/纳米棒结构.纳米结构的Cu_2O太阳电池提高了器件的电荷收集作用;通过热氧化Cu片技术获得的具有大晶粒尺寸平面结构Cu_2O吸收层在Cu_2O/ZnO太阳电池应用中展现出了高质量特性.界面缓冲层(如i-ZnO,a-ZTO,Ga_2O_3等)和背表面电场(如p~+-Cu_2O层等)可有效地提高界面处能级匹配和增强载流子输运.10 nm厚度的Ga_2O_3提供了近理想的导带失配,减少了界面复合;Ga_2O_3非常适合作为界面层,其能够有效地提高Cu_2O基太阳电池的开路电压V_(oc)(可达到1.2 V)和光电转换效率.p~+-Cu_2O(如Cu_2O:N和Cu_2O:Na)能够减少器件中背接触电阻和形成电子反射的背表面电场(抑制电子在界面处复合).利用p型Na掺杂Cu_2O(Cu_2O:Na)作为吸收层和Zn_(1-x)Ge_x-O作为n型缓冲层,Cu_2O异质结太阳电池(器件结构:MgF_2/ZnO:Al/Zn_(0.38)Ge_(0.62)-O/Cu_2O:Na)光电转换效率达8.1%.氧化物异质结太阳电池在光伏领域展现出极大的发展潜力.     

溶剂效应对聚苯撑乙烯掺杂苝二酰亚胺太阳电池性能的影响

研究了不同溶剂对2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1，4-对苯撑乙烯(MEH-PPV): N,N′-二(1-乙基丙基)-3，4，9，10-苝四羧酸二亚酰胺(EP-PTC)复合膜的形貌及其对以MEH-PPV: EP-PTC复合膜为活性层的太阳电池性能的影响.结果表明：非芳香性溶剂不利于MEH-PPV与EP-PTC的相容，MEH-PPV与EP-PTC两相间形成微米尺寸(0.5—5 μm)的相分离，因而以MEH-PPV: EP-PTC复合膜为活性层的太阳电池中的电荷分离效率较低，进而电池的能量转换效率较低.而 关键词： 太阳电池 相分离 能量转换效率     

原子层沉积金属氧化物缓冲层制备高性能大面积钙钛矿太阳电池

研制具有较大活性面积的钙钛矿太阳电池对领域面向产业化的发展具有重要意义.当前,大面积钙钛矿太阳电池的性能与小面积钙钛矿太阳电池之间仍存在较大差距.本文提出一种在透明导电薄膜衬底上预先原子层沉积TiO₂薄层的策略,有效避免了衬底局部突起与钙钛矿吸光层直接接触导致的漏电现象,提升了小面积器件制备工艺的重复一致性.改善的电子输运和光管理过程也提高了小面积器件的效率.更重要的是,本文基于原子层沉积的TiO₂开展了0.5 cm²大面积钙钛矿太阳电池的研究,通过优化TiO₂层的厚度,研制出光电转换效率高达24.8%的冠军器件(第三方认证效率24.65%),器件的制备工艺也表现出较好的重复性.此外,原子层沉积了TiO₂缓冲层的电池器件在氮气氛围下存储1500 h后仍然能够保留初始性能的95%以上.总之,在粗糙衬底上预先原子层沉积TiO₂薄层可以有效抑制局部漏电通道的产生,有利于制备高性能的大面积钙钛矿太阳电池.     

给体-受体型有机太阳电池光敏层的优化设计

针对有机给体-受体型异质结薄膜太阳电池，基于薄膜中的光学干涉效应和激子扩散理论建立模型，定量分析了有机层厚度对太阳电池性能的影响，通过限制有机光敏层厚度来控制由光学干涉效应引起的局部光子密度(光强度)的分布，进而优化有机层的吸收效率和激子扩散效率，以此达到提高器件光伏效率的目的.并通过实验进行了验证. 关键词： 有机太阳电池 给体-受体 优化设计 激子     

彩色多晶硅太阳电池性能研究

通过调节单层SiN_x:H减反射膜的厚度制备各种颜色的多晶硅太阳电池. 测试了太阳电池片和组件的光学和电学性能, 用PC1D软件对其性能进行模拟. 通过分析得到以下结论: 1)当减反射膜的厚度小于50 nm时, 影响彩色组件和电池片功率变化的主要因素是开路电压(V_oc)和短路电流(I_sc), 当减反射膜的膜厚度大于50 nm时, 随着减反射膜钝化作用的稳定, 影响彩色组件和电池片功率变化的主要因素是I_sc; 2)大多数彩色电池片的效率比传统蓝色电池片的效率低, 但是在封装之后, 彩色电池组件可以有不同程度的增益, 主要原因是减反射膜与乙烯-醋酸乙烯共聚物和玻璃匹配性较好. 关键词： 彩色太阳电池 氮化硅 钝化 光学匹配     

热处理对不同溶剂制备的共混体系太阳电池性能影响

本文以poly(3-hexylthiophene) (P3HT)为电子给体材料, -phenyl C₆₁-butyric acid methyl ester (PCBM)为电子受体材料, 制备出不同溶剂形成的共混体系太阳电池.从薄膜的紫外—可见吸收光谱(UV-vis)、光致发光谱(PL)、原子力表面图形(AFM)等方面,分析了热处理对不同溶剂制备的共混体系太阳电池性能的影响.结果表明较高沸点的溶剂有利于P3HT:PCBM共混体系中P3HT的有序化排列,薄膜的紫外—可见吸收和光致发光增 关键词： 热处理 不同溶剂 太阳电池 性能     

钙钛矿太阳电池综述

基于有机-无机杂化钙钛矿材料(CH₃NH₃PbX₃)制备的太阳电池效率自2009年从3.8%增长到19.6%, 因其较高的光吸收系数, 较低的成本及易于制备等优势获得了广泛关注. 钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层, 还可用作电子和空穴传输层, 以此制备出不同结构的钙钛矿太阳电池: 介孔结构、介观超结构、平面结构、无HTM层结构和有机结构. 除此之外, 钙钛矿材料制备方法的多样性使其更具吸引力, 目前已有一步溶液法、两步连续沉积法、双源共蒸发法和溶液-气相沉积法. 本文主要介绍了钙钛矿太阳电池的发展历程、工作原理及钙钛矿薄膜的制备方法等. 详细阐述了电池每一层的具体作用和针对现有的钙钛矿结构各层材料的优化, 最后介绍了钙钛矿太阳电池所面临的问题和发展前景, 以期对钙钛矿太阳电池有进一步的了解, 为制备新型高效的钙钛矿太阳电池打下坚实的基础.     

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.     

使用不同阴极缓冲层提升性能的反型有机太阳能电池

使用含Al_q3、Bphen、BCP、HATNA和Cs₂CO₃作为阴极缓冲层,制备了基于SubPc和C₆₀的反型平面异质结有机太阳能电池. 比较了有机阴极缓冲层的最低未占有分子轨道和电子迁移率对有机太阳能电池性能的影响. 结果显示,Al_q3、Bphen和HATNA能够大幅度提升器件的性能. 使用退火过后的HATNA作为阴极缓冲层获得了最高的效率,比没有阴极缓冲层的器件提升了7倍. 另外,使用空间电荷限制电流理论进行仿真的结果表明,通过加入HATNA作阴极缓冲层,反型有机太阳能电池结构中处于有机/电极界面处的肖特基势垒降低了27%.     

PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C70器件性能的影响

制备了结构为ITO/MoO₃(6 nm)/Rubrene (30 nm)/C₇₀ (30 nm)/PTCBI(x nm)/Al (150 nm)器件, 研究了四羧基苝的衍生物PTCBI作为阴极修饰层对Rubrene/C₇₀有机太阳能电池的作用. 实验结果显示, 在C₇₀与Al电极之间插入PTCBI 后, 电池性能得到明显改善; 分析表明, 插入PTCBI后, 活性层与阴极形成了良好的欧姆接触, 提高了器件的内建电场, 同时PTCBI避免了激子与Al电极的接触, 减少了在制备过程中高动能Al对C₇₀的破坏. 进一步考察了PTCBI厚度对电池的性能的影响, 结果显示, 厚度为6 nm的PTCBI 层器件性能最佳, 其开路电压(V_OC)、填充因子(FF)、短路电流密度(J_SC)与功率转换效率(ηP)与未插入PTCBI修饰层的器件相比分别提高了70.4%, 55.5%, 125.1%, 292.2%. 当PTCBI的厚度大于6 nm时, 激子解离后产生的自由电子会在PTCBI与阴极界面积累, 导致器件J-V曲线出现S形.     

Performance improvement of MEH-PPV:PCBM solar cells using bathocuproine and bathophenanthroline as the buffer layers

In this work, bathocuproine (BCP) and bathophenanthroline (Bphen), commonly used in small-molecule organic solar cells (OSCs), are adopted as the buffer layers to improve the performance of the polymer solar cells (PSCs) based on poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene) (MEH-PPV): [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) bulk heterojunction. By inserting BCP or Bphen between the active layer and the top cathode, all the performance parameters are dramatically improved. The power conversion efficiency is increased by about 70% and 120% with 5-nm BCP and 12-nm Bphen layers, respectively, when compared with that of the devices without any buffer layer. The performance enhancement is attributed to BCP or Bphen (i) increasing the optical field, and hence the absorption in the active layer, (ii) effectively blocking the excitons generated in MEH-PPV from quenching at organic/aluminum (Al) interface due to the large band-gap of BCP or Bphen, which results in a significant reduction in series resistance (Rs), and (iii) preventing damage to the active layer during the metal deposition. Compared with the traditional device using LiF as the buffer layer, the BCP-based devices show a comparable efficiency, while the Bphen-based devices show a much larger efficiency. This is due to the higher electron mobility in Bphen than that in BCP, which facilitates the electron transport and extraction through the buffer layer to the cathode.     

Influence of small-molecule material on performance of polymer solar cells based on MEH-PPV:PCBM blend

In this work,the influence of a small-molecule material,tris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq 3),on bulk het-erojunction (BHJ) polymer solar cells (PSCs) is investigated in devices based on the blend of poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene) (MEH-PPV) and [6,6]-phenyl-C 61-butyric acid methyl ester (PCBM).By dop-ing Alq 3 into MEH-PPV:PCBM solution,the number of MEH-PPV excitons can be effectively increased due to the energy transfer from Alq 3 to MEH-PPV,which probably induces the increase of photocurrent generated by excitons dissociation.However,the low carrier mobility of Alq 3 is detrimental to the efficient charge transport,thereby blocking the charge collection by the respective electrodes.The balance between photon absorption and charge transport in the active layer plays a key role in the performance of PSCs.For the case of 5 wt.% Alq 3 doping,the device performance is deteriorated rather than improved as compared with that of the undoped device.On the other hand,we adopt Alq 3 as a buffer layer instead of commonly used LiF.All the photovoltaic parameters are improved,yielding an 80% increase in power conversion efficiency (PCE) at the optimum thickness (1 nm) as compared with that of the device without any buffer layer.Even for the 5 wt.% Alq 3 doped device,the PCE has a slight enhancement compared with that of the standard device after modification with 1 nm (or 2 nm) thermally evaporated Alq 3.The performance deterioration of Alq 3-doped devices can be explained by the low solubility of Alq 3,which probably deteriorates the bicontinuous D-A network morphology;while the performance improvement of the devices with Alq 3 as a buffer layer is attributed to the increased light harvesting,as well as blocking the hole leakage from MEH-PPV to the aluminum (Al) electrode due to the lower highest occupied molecular orbital (HOMO) level of Alq 3 compared with that of MEH-PPV.     

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。     

Computational analysis of the effect of the surface defect layer (SDL) properties on Cu(In,Ga)Se2-based solar cell performances

In this article, the performances of Cu(In,Ga)Se₂ (CIGS) solar cells have been modelled and numerically simulated using the one-dimensional simulation program Solar Cell Capacitance Simulator in 1 Dimension (SCAPS-1D), and a detailed analysis of the effect of surface defect layer (SDL) thickness, band gap and carrier mobility with Fermi level pinning is presented. Furthermore, donor-type defect state density in the SDL has been investigated, and their effect on device performances has been presented. Based on the simulation results, optimal properties of the SDL for the CIGS solar cell are proposed. The simulated results show that the optimal thickness of the SDL to optimise the solar cells is in the range of 100–200 nm. The increase in the band gap of the SDL >1.3 eV improves the device performance by enhancing the open-circuit voltage (V_oc), fill factor (FF) and conversion efficiency due to the larger quasi-Fermi energy-level splitting, and optimal band offset between the SDL and the buffer layer (CdS). The simulation results suggest that the SDL defect density as well as carrier mobilities are the critical parameters for the limitation of the performances for the CIGS solar cells. All these results show that the SDL plays an important role in designing high-efficiency and high-performance CIGS-based solar cells.     

退火处理ZnPc(OC_8H_(17)OPyCH_3I)_8阴极缓冲层的倒置有机太阳能电池

制备了以Zn Pc(OC8H17OPy CH3I)8为阴极缓冲层、P3HT∶PCBM为有源层的有机太阳能电池。对阴极缓冲层Zn Pc(OC8H17OPy CH3I)8薄膜分别进行了溶剂蒸汽退火和过渡舱惰性气体流退火处理,并利用原子力显微镜(AFM)对缓冲层表面形貌进行了表征。结果表明:这两种退火方法都使缓冲层形貌得以改善。电池效率从2.14%提高到3.76%,电流密度从8.12 m A/cm2提高到10.71 m A/cm2,填充因子从0.45提高到0.61。与传统器件相比,退火处理的阴极缓冲层器件的稳定性也得到了改善,器件寿命延长了1.4倍。这种简单阴极界面处理方法为改善聚合物太阳能电池性能提供了有效途径。     

阴极修饰层对 SubPc/C60 倒置型有机太阳能电池性能的影响

采用Cs₂CO₃, 石墨烯(graphene):Cs₂CO₃混合材料和 ZnO 纳米颗粒作为阴极修饰材料, 研究了不同阴极界面修饰层对基于SubPc/C₆₀的倒置结构的有机太阳能电池性能的影响. 结果表明: 引入适当厚度的阴极修饰层, 可以提高器件的性能和稳定性; 尤其是基于Cs₂CO₃以及graphene:Cs₂CO₃混合阴极修饰层的光伏器件, 能量转换效率(PCE)提高了2倍; 同时, 采用ZnO纳米颗粒作为阴极修饰层的器件, 开路电压(V_OC)达到0.89 V, 并且器件的PCE 提高了4倍多. 此外, 不同电极修饰材料和倒置结构的引入可以有效防止器件串连电阻的升高, 从而提高器件的稳定性. 关键词： 倒置型 阴极修饰层 有机太阳能电池 稳定性     

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。