退火处理提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池光伏性能

利用旋转涂膜方法制备了以P3HT:PCBM为有源层的聚合物太阳能电池,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al(氧化铟锡导电玻璃/聚二氧乙基噻吩:聚对苯乙烯磺酸/聚三已基噻酚:富勒烯衍生物/铝),研究了退火温度对聚合物太阳能电池性能的影响.实验发现:聚合物薄膜经过120°C退火10min处理后,开路电压(Voc)达到0.64V,短路电流密度(Jsc)为10.25mA·cm-2,填充因子(FF)38.1%,光电转换效率(PCE)达到2.00%.为了讨论其内在机制,对不同退火条件下聚合物薄膜进行了各种表征.从紫外-可见吸收光谱中发现,退火处理使P3HT在可见光范围内吸收加强且吸收峰展宽,特别是在560和610nm处的吸收强度明显增大;X射线衍射(XRD)结果表明,120°C退火后P3HT在(100)晶面上的衍射强度是未退火薄膜的2.8倍,有利于光生载流子的输运;原子力显微镜(AFM)研究结果表明,退火显著增大了P3HT与PCBM的相分离程度,提高了激子解离的几率;傅里叶变换红外(FTIR)光谱验证了退火并没有引起聚合物材料物性的变化.

聚合物太阳能电池材料研究进展

本文介绍了几种常见的聚合物太阳电池材料。综述了聚合物太阳电池材料的合成、发展历史和现状 ,对其应用前景进行了展望。参考文献 5 9篇。

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.

P3HT∶PCBM薄膜成膜过程对聚合物太阳能电池性能的影响

P3HT：PCBM薄膜的快速和缓慢成膜过程能显著的改变异质结聚合物太刚能电池性能。通过调节旋转时间以及薄膜退火前的间隔时间，研究了P3HT：PCBM混合薄膜缓慢生长所需最佳时间。结果表明，在转速800r·min^-1下旋涂薄膜，经过50-80s的旋涂，接着放置样品薄膜30min以上，然后再对薄膜进行退火处理，电池效率可以达到3％以上，而快速成膜的电池效率只有1．8％左右。合理的P3HT和PCBM相分离促进了相应载流子的跳跃和传输，是提高电池效率的根本原闪。研究结果为准确掌控缓慢生长的混合薄膜提供了时间窗口。

聚合物太阳能电池材料的研究进展

综述了近年来聚合物太阳能电池的研究进展,对电子给体与电子受体两大类聚合物光伏材料进行了详细的描述,并阐述了进一步发展的重点、趋势及前景。

器件结构对聚合物太阳能电池内部光电强分布的影响

针对以电子给体聚(3-己基噻吩)(P3HT)和电子受体6,6-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)共混薄膜为活性层的本体异质结聚合物太阳能电池,根据光学干涉效应和转移矩阵方法建立了非相干光吸收理论模型,研究了电极修饰层、活性层和阴极的厚度对电池内部光电场分布和活性层内部光电场强度的影响.结果表明:各功能层厚度对电池内部光电场分布和活性层光电场强度具有不同程度的影响,其中活性层和电极修饰层厚度的影响较大,而阴极厚度的影响较小;引入合适厚度的电极修饰层有利于增加活性层内部的光电场强度,提高太阳能电池的能量转换效率,改善器件的光伏性能.

分步磁控溅射ZnO和/或功能化碳纳米粒子修饰ZnO电子传输层增强聚合物太阳能电池效率

氧化锌具有良好电子传输性和高透光性,ZnO作为电子传输层已被广泛应用于聚合物太阳能电池。但采用溶胶凝胶法和真空镀膜制备ZnO电子传输层,因ZnO界面具有大量缺陷,极大增加载流子复合。抑制ZnO界面复合电流和改善ZnO界面接触性能,是提高ZnO基电子传输层聚合物太阳能电池性能关键所在。基于P3HT:PCBM反转型聚合物太阳能电池,采用磁控溅射ZnO层,研究了离子液功能化碳纳米粒子(ILCNs)修饰层或Ar/O_2混合气体溅射沉积ZnO修饰层,以及Ar/O_2溅射ZnO界面层与ILCNs联合修饰ZnO界面的聚合物太阳能电池性能。纯Ar和Ar/O_2混合气体下一步溅射沉积ZnO电子传输层,其电池效率分别为2.2%和2.8%。经ILCNs修饰或Ar/O_2溅射ZnO修饰层,电池效率分别达到3.4%和3.1%,并且分步溅射ZnO层并联合ILCNs修饰ZnO界面,聚合物太阳能电池效率可提高到3.8%。ZnO修饰型聚合物太阳能电池克服了电化学阻抗负阻效应,降低了反向暗电流并显示出更好的整流特性。研究表明,采用ILCNs修饰ZnO层和分步溅射ZnO层能有效抑制ZnO界面缺陷和改善界面接触性能,而采用分步溅射ZnO层与ILCNs联合修饰ZnO界面,这种联合修饰ZnO界面方案,更能增强ZnO层电子传输和提取能力,是提高聚合物太阳能电池效率更为有效方案。

喷墨打印技术制备聚合物太阳能电池的研究进展

聚合物太阳能电池具有成本低、质量轻、容易制备大尺寸器件等优势,是太阳能电池研究中最为活跃的领域之一。喷墨打印技术作为新的成膜技术,具有材料利用率高、快速、可柔性加工等优点,已被用于聚合物太阳能电池的制备,发展潜力巨大。综述了聚合物太阳能电池、喷墨打印技术和喷墨打印技术制备聚合物太阳能电池的研究进展,同时对聚合物太阳能电池和喷墨打印技术制备聚合物太阳能电池的研究方向进行了展望。

新型聚合物太阳能电池电子受体材料的制备及热稳定性

该文合成了一种类PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61-丁酸异丙酯(PCBIP)。利用UV-Vis、FTIR、1HNMR、13CNMR、MS和元素分析对产物进行了表征。理论计算其LUMO和HOMO能级比PCBM高0.029 eV。通过差热和热重分析对PCBIP的热稳定性进了探讨,结果表明,PCBIP热稳定性良好,在空气中200℃未见分解。可作为受体材料应用于聚合物太阳能电池。

湿法制备氧化石墨烯/碳纳米管电极的聚合物太阳能电池器件

湿法制备聚合物太阳能电池具有过程简单、大面积制备以及低成本等优点,它是新型太阳能电池技术走向应用的策略之一。文中在室内条件下采用湿法旋涂方法制备了氧化石墨烯/碳纳米管混合薄膜,该薄膜具有良好的透光性与导电性,方块电阻为4 500 ohm/sq时相对应薄膜的透光率达到90%(550 nm)。此外,场效应测试表明该混合薄膜呈现p型半导体特性,表明可用于解离空穴的收集。所以,基于该导电薄膜为电极材料制备的聚合物二极管具有光伏效应,在能量转换中有潜在应用。

新型窄带隙聚合物太阳能电池光伏材料

聚合物太阳能电池中给体材料的能级水平、带隙、光吸收系数、溶解性、成膜性及载流子迁移率是决定器件性能的关键因素。阐述了聚合物太阳能电池中给体材料的最新研究进展,着重介绍了含有苯并双噻吩的窄带隙D-A类型的共聚物,并对一些给体材料的能级水平优化结果做了简单的总结。最后指出了未来聚合物太阳能电池给体材料今后的发展方向。

微波退火对聚合物太阳能电池性能的提高

利用微波对基于poly(3-hexylthiophene)(P3HT)和[6,6]-phenyl-C61-buytyric acid methyl ester(PCBM)的体异质结太阳能电池进行退火处理,提高了器件的效率。使用的微波频率为2.45 GHz,当处理时间为10 min时,获得的短路电流为9.13 mA/cm2,开路电压为0.63 V,能量转化效率为3.21%,其性能参数完全可以与普通真空干燥箱退火相比拟。研究了微波对活性层的作用,从微波退火处理后的UV-Vis吸收谱和SEM图发现,微波退火主要改善了活性层的粗糙度,提高了相分离程度,有利于激子在界面处的解离和载流子的传输。

铁电聚合物P(VDF-TrFE)纳米结构阵列的构筑及其在有机聚合物太阳能电池中的应用

采用两步阳极氧化法制备了孔径均匀的多孔阳极氧化铝(AAO)模板,利用纳米压印技术构筑了高度规整的聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-Tr FE)纳米结构阵列,并通过压电力显微镜(PFM)直观地观测P(VDFTr FE)纳米结构阵列的极化翻转行为,结果表明具有择优取向的P(VDF-Tr FE)纳米结构阵列具有较低的矫顽场.将这一结构应用到聚合物太阳能电池正极与半导体聚合物层间,并成功通过外部极化电场的变化实现了对太阳能电池效率的调控.通过对太阳能电池性能的测试发现,不同的极化方向对太阳能电池效率具有十分重要的影响,其中当铁电层呈现电负性时,器件的光电转化效率提高了25%.

聚合物太阳能电池光敏层材料及形貌的研究进展

聚合物太阳能电池由于质量轻、成本低、柔韧性好及制备工艺简便等优点而具有巨大的潜在应用价值,是太阳能电池发展的新方向。但是聚合物太阳能电池的能量转换效率较低,达不到商业化应用的要求,如何提高电池效率仍是目前研究的重点。聚合物材料和光敏层的形貌是影响太阳能电池性能的两大要素,从机理方面分析了限制太阳能电池效率的一些因素,介绍了聚合物材料的新进展,探讨了聚合物材料设计的原则及方法,着重探讨了形貌对太阳能电池性能的影响以及改进形貌的方法及其理论基础,并展望了聚合物太阳能电池未来的发展趋势。

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%。

刮涂法制备聚合物薄膜太阳能电池

系统地研究了采用刮涂法制备聚合物薄膜太阳能电池时刮涂速度和基底温度对活性层厚度以及形貌的影响。当刮涂速度增加或者基底温度降低时,由于溶液粘度和表面张力的变化导致活性层厚度增加。与旋涂方法相比,刮涂方法制备的活性层薄膜具有更小的粗糙度和精细的相分离结构,从而减少了光伏电池的漏电流并提高了填充因子。利用刮涂方法制备的聚合物太阳能电池能量转换效率达到了4.2%。

聚合物太阳能电池制备技术的研究进展

聚合物太阳能电池具有质量轻、柔性、可大面积制备等优点,成为当前能源领域的研究热点。光活性层是聚合物太阳能电池的核心部件,扮演着将光子转换为电荷的角色。因此,它的制备技术与工艺过程是影响光电转换性能的一个重要因素。本文从光活性层及与其相关的功能层的制备角度出发,综述了旋涂、喷涂、卷对卷、喷墨打印四种技术在聚合物太阳能电池领域的研究进展,最后对这四种技术在有机光伏领域的发展进行了展望。

电极材料对聚合物太阳能电池光学性能的影响

利用基于传输矩阵法(Transfer matrix method,TMM)的光学模型系统地研究了金属电极材料(Ag、Al、Au)对聚合物太阳能电池光学性能的影响。研究表明,与传统铟锡化合物(Indium tin oxide,ITO)透明电极相比,以合适厚度的金属Ag膜作透明电极,可提高活性层对入射光子的吸收效率;同时,以Ag膜作背电极时,其相应的聚合物太阳能电池的效率优于以Al或者Au为背电极的电池的效率。

基于石墨烯电极的聚合物太阳能电池光学减反层的研究

石墨烯薄膜具有低阻且在可见光谱区具有高透过率,可应用于聚合物太阳能电池透明电极。本文基于时域有限差分分析方法(FDTD),研究了石墨烯太阳能电池的反射损耗及光吸收特性,并通过在玻璃基板与石墨烯间添加氧化镍层(Ni O)进行光学减反射。理论分析表明:优化的Ni O/石墨烯透明电极结构,能够成为氧化铟锡(ITO)的良好替代电极。

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.