WO3对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善

研究了WO₃对Rubrene/C₇₀有机太阳能电池 (OSCs)性能的 改善,制备了结构为ITO/WO₃/Rubrene/C₇₀/BCP/Al的OSCs,其中WO₃插入在I TO和Rubrene中间作为阳极修饰层。通过优化WO₃的厚度,研究了WO₃对OSCs性能的改善及其作用机理。实验发现,器件的短路电流Jsc、开路电压V_oc、 填充因子(FF)、光电转换效率(PCE)和串联电阻Rs等性能参数随WO₃厚度的变化呈规律性变化;当 WO₃厚度小于80 nm时,器件PCE随着厚度的增加不断增大;当W O ₃厚大于80 nm时,器件PCE随着厚度的 增加不断减小;当WO₃厚度为80 nm 时,器件PCE达到最高为1.03%, 相应的J sc、V_oc、FF分别为2.81mA·cm－2、 0.83V、43.85%,Rs为45.3Ω·cm²,对比没有WO₃修饰层, 器件的J_sc、V_oc、FF和PCE分别提高了31%、137%、17%,Rs降低了33%。     

热处理对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善

制备了ITO/MoO3(6nm)/Rubrene(30nm)/C70(30nm)/BCP(6nm)/Al(150nm)的PN结构和ITO/MoO3(5nm)/Rubrene(25nm)/Rubrene:C70(5nm)/C70(25nm)/BCP(6nm)/Al(150nm)的PIN结构有机太阳能电池(OSCs)。通过对两种器件进行热处理,研究热处理对OSCs性能的影响。实验表明,在热处理后,PN结构和PIN结构器件的短路电流密度分别达到了3.526mA·cm-2和5.413mA·cm-2,功率转换效率分别达到了1.43%和2.09%。与未经过热处理的器件相比,PN结构和PIN结构器件的短路电流密度、填充因子、功率转换效率分别提高了19.0%、7.1%、28.3%和4.8%、20%、24.1%。可见,热处理可以提高Rubrene/C70OSCs的性能。     

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。     

ZnO缓冲层改善Rubrene/C70有机太阳能电池的性能

通过制备结构为ITO/ZnO/C₇₀ /Rubrene/MoO₃/Al 的有机太阳能电池(OSCs),研究了ZnO作为阴极 修饰层对Rubrene/C70有机太阳能电池性能的改善。同时通过 优化ZnO的厚度研究了ZnO的工作机理。 从实验结果可以看出,随着ZnO厚度的变化,器件的短路电流密度(J_sc)、开路电压(V_oc)、填充因子 (FF)、光电转换效率(PCE)和串联电阻(R_s)等性能参数呈现出了规律 性变化,当ZnO层厚度比较 薄时,器件PCE随着厚度的增加不断增大,当ZnO层厚度为53nm时,器件PCE达到最高为1.13%, 对应的J_sc、V_oc、FF分别为2.82mA·cm－2、0. 84V、45.86%,R_s为66.2Ω·cm²,当ZnO层厚度继续增 加时,器件PCE开始减小。对比没有ZnO阴极修饰层,器件最优时 的Jsc、V_oc、FF和PCE 分别提高了49%、17%,R_s降低了56%。     

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%。     

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.