基于喷涂工艺的反向聚合物太阳电池的制备

本文采用喷涂工艺制备了结构为Glass or PET/ITO/ZnO/P3HT:PCBM/VOX/Ag的刚性或柔性反向聚合物太阳电池,其效率可与正向电池相媲美。首先将TIPD喷涂在ITO基底上作为电子传输层,然后依次喷涂P3HT:PCBM溶液和氧化钒前驱体溶液(VO)X,最后蒸镀150 nm的银作为阳极。结果表明:在一定厚度范围内,器件效率对厚度不敏感,易于大面积工艺制备;VOX层可以显著提高器件效率,然而过厚将会导致器件短路电流急剧下降。通过优化喷涂参数和热退火处理,获得了1.7%的器件效率。     

喷涂制备聚合物太阳能电池阳极缓冲层中所用溶液浓度对器件性能影响机理

以在空气中结构稳定和电导率高等特点的PEDOT:PSS为样本,针对溶液浓度与喷涂薄膜成膜特性及在此基础上制备的P3HT:PCBM体异质结聚合物太阳能电池器件,进行了表征和分析.结果表明:器件的电流密度和效率随喷涂溶液浓度增大而提高的原因是喷涂溶液浓度的增加导致所制得薄膜的表面粗糙度增大,从而增大了与体异质结的接触面积,提高了载流子的传输和收集效率;在采用浓度为66.67%的PEDOT:PSS水溶液喷涂制备的缓冲层基础上制备的P3HT:PCBM体异质结聚合物太阳能电池,短路电流达到12.08mA/cm2.     

利用溶剂DMF处理聚合物太阳能电池的PEDOT:PSS阳极缓冲层提高能量转换效率

通过有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)处理P3HT:PCBM聚合物太阳能电池的PEDOT:PSS阳极缓冲层,能量转换效率得到了很大程度提高.DMF处理PEDOT:PSS阳极缓冲层主要有以下两种方式:①DMF 1∶4(v/v)混合原始的PEDOT:PSS溶液;②直接旋涂DMF在PEDOT:PSS阳极缓冲层上.其中后者的效果最为显著,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al的电池通过直接旋涂DMF(3 000rpm)处理PEDOT:PSS阳极缓冲层后,电池效率由3.16%提高到4.27%,提高幅度为35%.为了探究电池能量转换效率提高的机理,我们测试表征了电池在光照和暗态下的I-V特性曲线及外量子效率(IPCE)光谱,PEDOT:PSS薄膜的透光性、导电性及表面形貌,光活性层P3HT:PCBM的紫外可见光吸收及表面形貌.一系列结果表明PEDOT:PSS薄膜的导电性增强及表面形貌变化有利于空穴的抽取和收集,P3HT:PCBM薄膜的表面形貌变化有利于活性层光吸收的增强和电子的收集.     

绕丹宁修饰富勒烯作为新型聚合物太阳能电池受体光伏材料增强光吸收(英文)

首次将染料分子3-乙基绕丹宁连接到[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)上,合成了具有增强光吸收性能的新型富勒烯受体光伏材料PCBRh.通过1 H NMR,13 C NMR和质谱分析确定了PCBRh的结构,紫外-可见吸收光谱测试表明所合成的PCBRh在300~600nm比起PCBM具有更强的光吸收,这归因于3-乙基绕丹宁高的吸光系数.电化学测试表明PCBRh的最低未占轨道(LUMO)能级比PCBM高0.1eV,这是由绕丹宁基团的给电子作用引起的.将PCBRh作为受体光伏材料与聚己基噻吩(P3HT)共混构建出体相异质结太阳能电池,在优化的制备工艺(P3HT/PCBRh=1:1(质量比),135℃热处理10min)下,电池器件的能量转换效率为1.46%.通过AFM表征研究退火处理对光活性层的形貌的影响及其与电池器件效率的联系:与参比P3HT:PCBM共混薄膜相比,退火处理使P3HT:PCBRh薄膜中的P3HT聚集成长度约为20nm的长条,并且粗糙度较大,因此不利于激子的扩散与分离.     

退火处理对体异质结有机太阳能电池性能的影响

制备了结构为:ITO/PEDOT:PSS/P3HT+PCBM/LiF/Al的有机太阳能电池,研究退火对电池性能的影响,实验发现:经过60 min 150℃退火处理后,器件开路电压(Vo)c为0.57 V,短路电流密度(Js)c达到6.32 mA.cm-2,填充因子(FF)达到0.55,光电转换效率(ηp)达到2.01%,器件性能明显提高。探讨了退火对电池性能影响的内在原因。     

基于非富勒烯受体IEICO-4F的倍增型有机光电探测器

以非富勒烯材料O-IDTBR和IEICO-4F为电子受体,采用溶液法制备结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶O-IDTBR/Al和ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶IEICO-4F/Al的2种倍增型有机光电探测器. IEICO-4F器件在波长400 nm和790 nm处的最高外量子效率(EQE)分别达7 220% 和1 610%. 在-15 V偏压下,IEICO-4F器件EQE大于100%的光谱响应范围(300~840 nm)比O-IDTBR器件(320~740 nm)宽120 nm. 与-15 V偏压下的O-IDTBR器件相比,IEICO-4F器件在波长400、510、600、790 nm处的EQE(2 630%、1 220%、1 900%、409%)分别提升1.7、1.2、0.5、24.5倍以上. 此外,IEICO-4F器件在400、510、600、790 nm处的探测灵敏度(4.8×1012、2.8×1012、5.2×1012、1.5×1012 cm·Hz1/2·W-1)分别是O-IDTBR器件的3.2、2.5、1.8、30.6倍. 结果表明:采用吸收与P3HT更互补(带隙更窄)的非富勒烯材料IEICO-4F为电子受体,有利于提升倍增型有机光电探测器的性能(特别是器件对近红外光的响应与探测能力),并拓宽器件的光谱响应范围.     

不同溶剂溶解聚合物光伏特性的研究

采用聚3-己基噻吩（P3HT）溶于不同溶剂作为光敏层制备光伏器件,器件结构为：ITO/PEDOT：PSS/P3HT/Al.我们分析了聚3-己基噻吩（P3HT）溶于不同溶剂制成的光敏层薄膜,并对光敏层薄膜的形貌通过原子力显微镜（AFM）进行了表征.研究发现,P3HT溶于氯苯的薄膜形貌最优,光伏特性最好,短路电流、开路电压都比溶于氯仿和二甲苯的高.     

基于TiO_2/Perovskite/P3HT结构的n-i-p型钙钛矿电池的电极界面优化与器件性能

以TiO_2/钙钛矿(PVSK)/P3HT的n-i-p型钙钛矿电池作为研究对象,研究了TiO_2薄膜退火温度对TiO_2薄膜的结晶性、基于此的钙钛矿薄膜的形貌以及光伏器件性能的影响,比较了P3HT的掺杂以及不同批次P3HT材料对钙钛矿太阳能电池器件性能的影响。结果表明:TiO_2薄膜的退火工艺及P3HT的批次对器件性能影响较大。TiO_2薄膜的制备工艺设为退火温度为300℃,退火时间为45min,提高TiO_2的退火温度到500℃,钙钛矿太阳能电池的效率可提高到11.27%.通过优化钙钛矿薄膜厚度为190nm,制备得到光电转换效率为6.77%的钙钛矿薄膜光伏电池。基于低温TiO_2为电子传输层、掺杂P3HT为空穴传输层的器件性能为开路电压VOC=0.98V,短路电流J_(SC)=19.94mA/cm~2,填充因子f_F=0.42,转换效率η(PCE)=8.18%.TiO_2电子传输层和P3HT空穴传输层的系统优化对制备高性能n-i-p结构钙钛矿电池具有重要意义。     

基于杂原子三角烯和咔唑星形树枝状化合物的光限幅和光伏特性研究

采用z-扫描测试技术研究两代树枝状化合物(G1和G2)的光限幅特性.结果表明,G1的光限幅效应比G2好,是一种有应用前景的光限幅材料.用真空沉积和溶液旋转涂膜的方法,制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/G1/PCBM/LiF/Al和ITO/PEDOT:PSS/G2:PCBM(1%)/LiF/Al的有机异质结光伏器件.在100 mW/cm2光强照射下,G1和G2具有相近的光伏性质,相应的能量转化效率为0.012%.     

活性层薄膜结构对有机光伏器件性能的影响

用P3HT作为电子给体,PCBM作为电子受体,制备了分层(单异质结)和共混(体异质结)2种不同结构的太阳电池,对其光电特性进行了表征,分析比较了不同结构对器件性能影响的物理机制.结果表明:所制备器件的开路电压分别为0.521 V和0.581 V,能量转换效率分别为0.67%、1.98%,体异质结结构可有效地改善太阳电池的输出特性.