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。     

旋涂法酸处理PEDOT∶PSS薄膜对OLED性能的影响

采用旋涂法对PEDOT∶PSS薄膜进行了酸处理,研究了不同方法处理PEDOT∶PSS薄膜对器件ITO/酸处理PEDOT∶PSS/NPB/Alq3/Li F/Al性能的影响。实验结果表明:用盐酸(草酸)处理PEDOT∶PSS薄膜时,以0.75 mol/L的盐酸(草酸)在120℃下退火15 min时性能更好,最大电流效率达到4.28 cd/A。并且盐酸、草酸处理PEDOT∶PSS薄膜制备器件比未处理PEDOT∶PSS薄膜制备器件的电流效率明显提高了34%。     

阳极界面修饰对钙钛矿太阳能电池性能的影响

采用在聚(3,4-乙撑二氧噻吩)∶聚苯乙烯磺酸(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)∶Poly(styrenesulfonate),PEDOT∶PSS)阳极界面层上直接旋涂二甲基亚砜(Dimethyl Sulfoxide,DMSO)的方法,对PEDOT∶PSS薄膜进行修饰,以提高所制得的钙钛矿太阳能电池器件性能.在5000rpm转速条件下旋涂DMSO后,器件的能量转换效率达到11.43%,与PEDOT∶PSS阳极界面层未做任何修饰的器件相比,效率提高了29.15%.测试表征了修饰前后PEDOT∶PSS薄膜的透光性、表面形貌、电导率、器件的外量子效率曲线以及器件在光照和暗态下的J-V特性曲线,分析了器件性能提高的原因.结果表明:经过修饰的PEDOT∶PSS薄膜导电性显著增强,从而更加有利于器件阳极对空穴的抽取和收集;较未修饰时,器件的短路电流密度得到了大幅度提升,进而使得器件获得更高的能量转换效率.     

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     

体异质结有机太阳能电池性能提高的研究

制备了四种不同结构的有机太阳能电池器件,器件1 ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C₆₀/Al、器件2 ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/C₆₀/Al、器件3 ITO/LiF/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C₆₀/C₆₀/Al和器件4 ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶C₆₀/C₆₀/Al。测量了它们的电流－电压特性,结果显示在ITO和PEDOT∶PSS之间插入一薄层LiF使得器件性能得到较大提高。其器件1的J_SC和FF比器件2的提高了74%和31%; 器件3的J_SC比器件4的提高了约40%。这主要是由于LiF层有效地抑制了空穴向阳极的传输,并且LiF层在ITO和PEDOT:PSS之间形成了良好的界面特性。因此,这种结构上的改进有效地提高了有机太阳能电池的性能。     

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.     

TBPe与MEH-PPV共掺杂的有机电致发光器件的优化研究

采用有机小分子TBPe(2,5,8,11-tetratertbutylperylene)以不同比例掺入MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene])作为发光层,研究了TBPe不同掺杂比例对器件性能的影响,进而对发光强度进行优化。对于所制备的ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/TBPe/Al有机电致发光器件,TBPe的最优蒸镀厚度为0.5 nm,其发光强度相对于标准器件提高了325%。ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶TBPe/TBPe/Liq/Al有机电致发光器件的最优掺杂比例为MEH-PPV∶TBPe=100∶30(质量比),其发光亮度相比于未掺杂器件提高了44%。在上述器件的基础上增加Alq3层提高电子注入,分别制作了Liq和LiF作为修饰层的ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶TBPe/TBPe/Alq3/Liq/Al和ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV∶TBPe/TBPe/Alq3/LiF/Al多层器件,发光亮度分别达到4 162 cd/m2和4 701 cd/m2。所有器件的电致发光波长均为580 nm,为MEH-PPV的发光,TBPe的掺杂对MEH-PPV的发光起到了增强作用。     

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%。     

基于氧化石墨烯空穴传输层的钙钛矿太阳能电池

采用溶液旋涂法在平面异质结型钙钛矿电池中引入氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),制备了GO、GO∶(PEDOT:PSS)复合薄膜和GO/PEDOT∶PSS双层薄膜作为空穴传输层的电池,其光电转换效率分别为1.86%、7.35%、7.69%,基于PEDOT∶PSS空穴传输层的对照电池的效率为7.38%.主要原因是GO具有绝缘性,作为阳极界面层时,随着GO薄膜厚度增加,器件的串联电阻增大,从而降低了电池的短路电流和效率.为提高GO导电性,并改善其功函数,将GO氨化改性后与PEDOT:PSS组合构成双空穴传输层,所得电池取得了7.69%的较高效率,表明该方式是GO用于钙钛矿电池空穴传输层的有效途径.     

电场诱导空穴注入缓冲层PEDOT∶PSS取向对OLED发光性能的影响

实验中以PEDOT∶PSS在ITO基片上旋涂作为空穴传输层,并且在旋涂PEDOT∶PSS的过程中在与ITO玻璃平面垂直的方向施加一个诱导聚合物取向的高压电场,试验着重研究了所加电场强度对双层器件:ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/Al器件性能的影响。测试结果表明,旋涂时所加电场的大小对器件的发光强度和起亮电压都有明显的影响。随着所加电场的增大,器件发光强度明显增加,起亮电压减小。由此表明:在高电场作用下,聚合物分子链沿电场方向发生了取向,而且随着电场增强这种取向作用会表现得越明显,并且在PEDOT∶PSS膜表层会形成一个梯度变化的PSS聚集,使得从ITO到MEH-PPV的功函数逐渐上升,降低空穴注入势垒,增强了空穴的注入效率。     

稀释溶剂对PEDOT∶PSS薄膜和有机太阳能电池性能的影响

采用喷涂技术制备聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)有机层薄膜,系统研究了乙醇、去离子水、甲醇、异丙醇和乙二醇等稀释溶剂对PEDOT∶PSS薄膜形貌、透过率及导电性能的影响。将PEDOT∶PSS薄膜应用于有机太阳能电池器件的制备,研究了不同溶剂对器件性能的影响。实验结果表明:采用乙醇稀释PEDOT∶PSS溶液,能有效抑制PEDOT∶PSS颗粒团聚,降低薄膜粗糙度,提高薄膜的透过率和导电性。以其制备的太阳能电池器件的能量转换效率明显高于其他溶剂稀释,转换效率为2.66%。     

柔性有机电致发光器件导电基板的工艺性能

在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性衬底上采用直流磁控溅射技术制备了氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜,研究了衬底温度、溅射功率和溅射压强等工艺条件对薄膜光电性能的影响,并利用原子力显微镜(AFM)表征了衬底及ITO薄膜的表面形貌。结果表明,在PET衬底温度50℃、溅射功率100W和溅射压强2.66×10-1Pa的条件下,可以得到低方阻(50Ω/□)和高透过率(>90%)的透明导电薄膜。以此柔性ITO衬底为阳极,制备了结构为PET/ITO/NPB/Alq3/Mg∶Ag的柔性有机电致发光器件,在驱动电压为13V时,器件的发光亮度达到了2834cd/m2。     

PEG掺杂对钙钛矿太阳能电池的影响

为了提高钙钛矿太阳能电池的能量转化效率,减小回滞现象,研究了聚乙二醇(PEG)掺杂钙钛矿太阳能电池阳极修饰层PEDOT∶PSS对器件性能的影响。通过电容-电压(C-V)测试分析了PEDOT∶PSS修饰层和钙钛矿层之间的界面电荷积累情况,通过电流密度-时间(J-T)瞬态光电流的测量研究了修饰层和钙钛矿层之间缺陷态情况。结果表明,PEG掺杂阳极修饰层提高了器件的短路电流(J_(sc))、开路电压(V_(oc))和填充因子(FF),光电转化效率从7.5%提高到10.0%,光电转化效率提高了33%,经过掺杂后的器件回滞现象明显减弱。这种通过PEG掺杂PEDOT∶PSS的方法能够减少器件界面处的电荷积累和缺陷态,从而减小器件的回滞现象,提高器件的能量转化效率。     

PVK空穴传输层对Ndq3近红外发光二极管性能的影响

以PEDOT∶PSS作为空穴注入层,聚合物PVK作为空穴传输层,制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/PVK/8-羟基喹啉钕(Ndq3)/Al的近红外OLED,研究了PVK与PEDOT∶PSS功能层对器件I-V特性和EL光谱的影响。结果显示,在EL光谱中的905,1 064,1 340 nm处均观察到了荧光发射,分别对应于Nd3+的4F3/2→4I9/2、4F3/2→4I11/2和4F3/2→4I13/2能级跃迁。与参考器件对比分析认为,PEDOT∶PSS高的导电性降低了器件的串联电阻,增大了器件的工作电流;PVK与PEDOT∶PSS共同降低了空穴的注入势垒,实现了Ndq3发光层区域的载流子的注入平衡并改善了器件的发射强度。此外,PVK有效降低了ITO电极表面粗糙度,也是器件性能提高的原因之一。     

基于溶液加工氧化石墨烯的高性能有机太阳能电池

采用溶液旋涂法在铟锡氧化物(ITO)电极上制备氧化石墨烯(GO)薄膜作为有机太阳能电池(OPVs)的空穴传输层,通过调控旋涂转速优化了氧化石墨烯薄膜的厚度并研究了膜厚对于器件性能的影响规律。在此基础上,通过紫外臭氧(UVO)处理和热处理等方法进一步提升电池器件的性能。结果表明:在紫外臭氧处理和热处理温度为250℃时,所得电池器件的效率最优,达到3.16%,接近于使用经典聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)材料的电池器件水平。这一结果表明具有低成本、可溶液加工以及优异的光透过性等特点的氧化石墨烯会成为一种未来非常有前景的有机太阳能电池的空穴传输层材料。     

高性能宽带倍增型四元有机光电探测器

采用溶液法制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/活性层/Al的四元倍增型有机光电探测器,器件本体异质结活性层由P3HT∶PTB7-Th∶IEICO∶PC_(71)BM以90∶10∶0.5∶0.5的质量比共混组成。随着偏压增加,器件外量子效率(External quantum efficiency, EQE)远超100%,并展现300～850 nm的宽光谱响应。在330 nm与780 nm处,器件可获得的最高EQEs和响应度分别为773000%和2 057 A·W~(-1)以及311000%和1 956 A·W~(-1),为有机光电探测器在紫外和近红外光区可获得的最高EQE和响应度之一。-25 V偏压下,与结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PTB7-Th∶IEICO(90∶10∶1)/Al的三元器件相比,四元器件的平均EQE(388167%)、响应度(1 604 A·W~(-1))以及探测灵敏度(3.6×10~(13) Jones)分别提高了0.5倍、0.5倍和0.4倍,有效提升了器件对弱光的探测能力。上述结果提供了一种制备多元宽带倍增型有机光电探测器的有效策略,用以提高器件弱光探测能力,特别是提升了器件对紫外和近红外光的响应与探测能力。     

TBPe与MEH-PPV共掺杂的有机电致发光器件的优化研究

采用有机小分子TBPe（2,5,8,11-tetratertbutylperylene）以不同比例掺入MEH-PPV（poly ）作为发光层,研究了TBPe不同掺杂比例对器件性能的影响,进而对发光强度进行优化。对于所制备的ITO/PEDOT：PSS/MEH-PPV/TBPe/Al有机电致发光器件,TBPe的最优蒸镀厚度为0.5 nm,其发光强度相对于标准器件提高了325%。ITO/PEDOT：PSS/MEH-PPV：TBPe/TBPe/Liq/Al有机电致发光器件的最优掺杂比例为MEH-PPV：TBPe=100：30（质量比）,其发光亮度相比于未掺杂器件提高了44%。在上述器件的基础上增加Alq₃层提高电子注入,分别制作了Liq和LiF作为修饰层的ITO/PEDOT：PSS/MEH-PPV：TBPe/TBPe/Alq₃/Liq/Al和ITO/PEDOT：PSS/MEH-PPV：TBPe/TBPe/Alq₃/LiF/Al多层器件,发光亮度分别达到4 162 cd/m²和4 701 cd/m²。所有器件的电致发光波长均为580 nm,为MEH-PPV的发光,TBPe的掺杂对MEH-PPV的发光起到了增强作用。     

电场诱导空穴注入缓冲层PEDOT：PSS取向对OLED发光性能的影响

实验中以PEDOT:PSS在ITO基片上旋涂作为空穴传输层,并且在旋涂PEDOT:PSS的过程中在与ITO玻璃平面垂直的方向施加一个诱导聚合物取向的高压电场,试验着重研究了所加电场强度对双层器件:ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV/Al器件性能的影响。测试结果表明,旋涂时所加电场的大小对器件的发光强度和起亮电压都有明显的影响。随着所加电场的增大,器件发光强度明显增加,起亮电压减小。由此表明:在高电场作用下,聚合物分子链沿电场方向发生了取向,而且随着电场增强这种取向作用会表现得越明显,并且在PEDOT:PSS膜表层会形成一个梯度变化的PSS聚集,使得从ITO到MEH-PPV的功函数逐渐上升,降低空穴注入势垒,增强了空穴的注入效率。     

快速热退火处理ZnO电子传输层对聚合物太阳能电池性能的改善

采用快速热退火对ZnO薄膜进行后处理,制作了ITO/ZnO/PTB7∶PC71BM/MoO_3/Ag结构的倒置聚合物太阳能电池,器件能量转换效率达到了8.1%,与传统热退火工艺相比提高了11.26%。通过原子力显微镜、扫描电子显微镜、X光衍射谱、透射光谱和荧光谱对不同退火条件下制备的ZnO薄膜进行表征和分析。结果表明,经快速热退火处理的ZnO薄膜具有良好的c轴取向结晶特性、较大的晶粒尺寸和表面粗糙度,有效地降低了器件的串联电阻Rs,增大了器件的短路电流Jsc和填充因子FF。     

基于石墨烯/PEDOT：PSS叠层薄膜的柔性OLED器件

石墨烯具有独特的电学性能、优异的机械延展性和良好的化学稳定性,是制备高性能导电薄膜的理想材料,但是当前石墨烯的高电阻率限制了它的实际应用。本文采用喷涂方法制备了石墨烯/聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）复合导电薄膜,对复合薄膜的表面形貌与光电性能进行了研究。PEDOT：PSS的引入不仅降低了石墨烯薄膜的表面电阻,同时还平滑了薄膜表面。在此基础上,成功制备了柔性黄光有机电致发光器件,器件在12 V时达到效率最大值0.9 cd/A。器件在曲率半径为10 mm时弯曲了100次后,发光亮度并无明显变化。该复合薄膜可实际应用于柔性有机电致发光显示器件。