溶剂对以PEIE为阴极修饰层的反型聚合物太阳能电池性能的影响

光电子 激光第21卷第11期 2010年11月 Journal of Optoelectronics Laser Vo l.21No.11 N ov.2010退火方式及PCBM阴极修饰层对聚合物太阳电池的影响*李文杰1,2,张建军1**,张亚萍1,胡子阳1,郝秋艳2,赵 颖1,耿新华1(1.南开大学光电子薄膜器件与技术研究所光电子薄膜器件与技术天津市重点实验室光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300071; 2.河北工业大学信息功能材料研究所,天津300130)摘要:研究了不同退火方式及PCBM阴极修饰层对聚合物太阳电池性能的影响。

与前退火相比,后退火的器件性能显著提高,电池的开路电压V oc由0.36V增加到0.60V,能量转换效率 从0.85%提高到1.93%,短路电流密度J sc和填充因子FF也有不同程度的改善;在电池的活性层与Al电极间沉积一定厚度的PCBM阴极修饰层也能改善电池的性能,当PCBM厚度为3nm时,聚合物太阳电池在100mW cm-2强度光照下,V oc为0.59V,J s c为6.43mA cm-2,FF为55.1%, 为2.09%。

关键词:P3HT:PCBM;聚合物太阳电池;退火;阴极修饰层中图分类号:TN304 文献标识码:A 文章编号:1005 0086(2010)11 1602 03Effects of annealing processes and the PC BM m odified layer forcathode on polyme r solar cellsLI Wen jie1,2,ZHANG Jian jun1**,ZHANG Ya ping1,H U Zi yang1,HAO Qiu yan2,ZH AO Ying1,GENG Xin hua1(1.T ianjin Key L abo ratory of Photoelectronic Thin Film Devices and Technology,Key L aboratory of OptoelectronicInformati on Science and Technology,M inistr y of Education,Institute of Photoelectronic T hin Film Devices andTechnology,Nankai University,T ianjin300071,China;2.Institute of Information Functional M aterials,Hebei U niversity of Technolog y,T ianjin300130,China)Abstract:T he eff ect s of different annealing processes and t he PCBM modified layer for cat hodeon polymer solar cells are investigat ed.T he performance of t he polymer solar cells t reat ed w it hpost annealing process is effectively im proved compared with t hose treat ed with pre annealingprocess.T he open circuit volt age(V oc)and energy conversion efficiency( )of post annealingpolymer solar cells are improved from0.36V and0.85%t o0.60V and1.93%,respect ively.T he short circuit current density(J s c)and fill factor(FF)have more or less improvement atthe same tim e.In addit ion,the performance of t he solar cells is also improved when a cert ainthickness of PCBM layer is deposited bet ween the active layer and t he A l cat hode.F or t he solarcells w ith a3nm PCBM layer,an open circuit volt age of0.59V,a short circuit current density of6.43mA cm-2,an fill factor of55.1%and an power conversion eff iciency of2.09%are achieved under100mW cm-2solar simulator illuminat ion.Key words:P3H T:PCBM;polymer solar cells;annealing;modified layer for cat hode1 引 言与传统的无机半导体太阳电池相比,聚合物太阳电池具有制备工艺简单、生产成本低廉和轻薄方便等优点,使其有望成为未来的替代能源[1]。

有机太阳能电池电极修饰方法的研究进展吴京京;程东明;申小丹;余振芳【摘要】20世纪以来,能源问题日益成为制约世界经济发展的瓶颈.人们逐渐把目光投向可再生无污染能源,诸如太阳能、风能、生物能、潮汐能等可循环利用资源,其中太阳能的应用前景最为广阔,把太阳能转化为电能已成为现实.文章重点研究提高有机光伏电池效率的电极修饰方法,主要介绍了有机太阳能电池阴阳两极界面修饰的材料和方法,同时阐述了新的阳极材料和电池结构模型即反型倒置太阳能电池的研究进展情况,通过大量的理论和实验证明,电极修饰可极大地提高器件的光电转换效率、寿命和稳定性.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2010(010)010【总页数】6页(P38-43)【关键词】有机太阳能电池;电极修饰;光电转换效率【作者】吴京京;程东明;申小丹;余振芳【作者单位】郑州大学物理工程学院,郑州,450000;郑州大学物理工程学院,郑州,450000;郑州大学物理工程学院,郑州,450000;郑州大学物理工程学院,郑州,450000【正文语种】中文【中图分类】TM914.41 引言近年来有机太阳能电池因其化合物结构可设计性、材料重量轻、制造成本低、加工性能好、便于制造等优点而备受关注。

目前研究工作主要集中在提高光电转换效率和寿命问题上。

研究表明光电流的产生不仅依赖于激子的产生和传输特性，也依赖于有机层与电极间界面的性质，故可通过在二者之间加入修饰层来提高有机光电池的性能。

本文同时从器件的阴阳两极修饰出发和新的阳极材料、器件结构模型入手，通过大量国内外研究成果来说明电极修饰能极大地提高器件的光电转换效率、寿命和稳定性。

2 阴极修饰2.1 降低电子注入势垒器件效率偏低的主要原因是：阴极和活性层间的电子注入势垒较高，这就降低了电子注入效率，最终导致载流子注入不平衡。

为了降低电子注入势垒，需要选用低功函数的阴极材料，使得阴极的功函数和电子运输层的电子亲和势相当。

有机溶剂的沸点给体与受体材料的共混是通过溶解在有机溶剂中来实现的，在旋涂的过程中，若有机溶剂的沸点较低，挥发较快，则会影响到活性层膜的均匀性以及共混体系的表面形貌，从而影响到整个电池的性能。

用四种不同沸点的溶剂制备而成的太阳能电池表现出了不同的性能，如图 3 为不同情况下的 J-V 曲线（小图为暗条件下 J-V 曲线，大图为光照条件下 J-V 曲线），其中空心圆和实心圆分别代表氯仿和甲苯，而空心方块和实心方块则分别代表氯苯和对二甲苯。

由小图可看出，用低沸点溶剂（氯仿和甲苯）制备的太阳能电池相比于用高沸点溶剂（氯苯和对二甲苯）所制备的电池，其整流特性不好，而且在反偏压下漏电流较大，这说明其并联电阻很小，同时也反映出活性层致密度较小，存在孔洞，在光照条件下则表现为填充因子和开路电压低。

总得来说，用高沸点溶剂制备的太阳能电池性能要明显高于低沸点溶剂所制备的电池。

活性层厚度活性层的作用是吸收太阳光、产生并分离激子，从而形成光电流。

理论上来分析，若活性层厚度过小则不能充分吸收太阳光，使得光生载流子数减少，效率降低；若活性层厚度过大，虽然能更充分地吸收太阳光而产生更多的激子，但是却增大了激子的复合几率，同时也会增大电池的串联电阻而使电流降低。

所以，合适厚度的活性层能使电池性能大大提高。

开路电压 Voc 基本不随活性层厚度的变化而变化，但是短路电流密度Jsc和填充因子FF则变化较大，随着厚度的减小，Jsc的变化规律为先增大后减小，在厚度为 63nm 时，Jsc 和 PCE 都达到最大，这与理论上的分析是一致的。

热退火处理在未经退火处理的 P3HT:PCBM 共混体系中，PCBM 掺入P3HT分子链中，使得P3HT处于无序状态。

只要退火温度达到了聚合物的玻璃化转换温度(glass transitiontemperature，那么退火处理就能使P3HT 由无序的非晶态转换为有序的晶态，即可使得 P3HT 和 PCBM 各自聚集, P3HT 排列更加有序，共轭长度增加。

浅析反型有机太阳能电池中聚乙烯亚胺/氧化锌电子缓冲层的制备及性能本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！有机太阳能电池由于其低成本、质轻、柔性等特点受到人们的广泛关注。

通过人们对材料、工艺和器件结构的不断优化，其光电转换效率也在不断提高，目前聚合物太阳能电池的光电转换效率已超过10%。

在器件结构方面，反型器件结构由于其优越的稳定性，成为有机太阳能电池的研究的重点方向之一。

在反型有机太阳能电池中，电子缓冲层材料介于导电玻璃和有机活性层之间，起到传输电子和阻挡空穴的作用。

目前常用的电子缓冲层材料分为有机材料和无机材料两大类，有机材料有聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚乙烯亚胺(PEI)等，无机材料有ZnO、TiOx、Cs2CO3等。

PEN、PEI等有机材料由于其本身电子迁移率较低，通常需要对膜厚有严格控制。

无机电子缓冲层材料跟有机材料的相容性较差，接触电阻一般较大。

在众多电子缓冲材料中，ZnO的应用最为广泛，原因是其材料本身电子迁移率较高，合成工艺易于控制、成本较低、透光性较高，而且满足大规模生产的工艺要求。

1实验部分材料与仪器醋酸锌(Zn(AC)2·2H2O)、甲醇，上海埃比化学试剂公司;氢氧化钾(KOH)，天津博迪化工有限公司;六次甲基四胺(C6H12N4)、氧化钼(MoO3)，天津巴斯夫试剂公司;聚乙烯亚胺(PEI)、P3HT、PCBM，美国Aldirch-sigma公司。

透射电子显微镜，JEM-2100型，日本JEOL公司;X 射线粉末衍射仪，D/MAX-2500/PC型，日本Rigaku 公司;紫外-可见吸收光谱仪，Cary500型，美国Varian 公司;太阳能电池测试系统，Keithley2400型，美国吉时利公司。

实验方法纳米颗粒的制备二水醋酸锌()溶解在125mL无水甲醇溶液中，磁力搅拌并加热到60℃，作为A溶液。

G阴极修饰提高聚合物太阳能电池的效率一、引言聚合物太阳能电池必须满足高转化效率高和使用寿命长两个条件才能满足商业化应用的要求。

最近几年在聚合物太阳能电池发展的过程中，提高光电转换效率的方法主要集中在材料及其表面形貌的研究，比如新材料的研发，溶剂的选择，热处理等[1-2]，或在活性层溶液中掺杂[3-4]来提高电池的性能。

太阳能电池的寿命衰减是由于载流子在活性层与阴极接触的界面聚集引起的，所以选择合适的阴极和阴极修饰材料是提高有机聚合物太阳电池性能的重要途径。

金属AL和半导体之间引进了一层超薄的LiF绝缘层构成了MIS（金属-绝缘体-半导体）界面，改进了势垒区的情况，超薄的LiF绝缘层修饰阴极可以使阴极与受体形成欧姆接触利于电荷的收集，这可以影响载流子通过界面时的传输过程[5]。

石墨烯具有良好导电性，它的电子传输速度能达到光速的1/300，我们综合二者的优点，使其混合共同修饰阴极，提高电池的电流密度，改善电池的光电转换效率。

二、实验部分此实验制备三个聚合物太阳能电池，1号为基准电池的结构为ITO/PEDOT：Pss/P3HT：PCBM/AL，2号样品是在基准电池的基础上对AL电极进行修饰，修饰材料为LiF，3号修饰材料是掺杂3%石墨烯的LiF，三个电池用的衬底ITO的方块电阻是～25Ω/□。

实验步骤如下：（1）ITO玻璃的刻蚀及清洗：先把需要保留的ITO表面用胶条遮住，浸到盐酸中腐蚀，将其取出用水冲洗后去掉胶条。

然后，将ITO依次放入去离子水、丙酮、异丙醇、无水乙醇中分别超声清洗20min。

最后，烘干备用。

（2）PEDOT：PSS缓冲层的制备：旋涂薄膜条件为低速800rpm/s，时间为12s；高速2400rpm/s，时间为60s，旋涂成50纳米左右薄膜。

（3）P3HT：PCBM光活性层的制备：配制P3HT：PCBM重量之比为5：4浓度为24mg/ml的有机溶液；其次旋涂成100纳米左右的薄膜。

将旋涂好P3HT：PCBM的ITO放置在有盖的培养皿内，并退火处理。

第３期陈跃宁，等：不同溶剂溶解聚合物光伏特性的研究２１７１聚合物溶于不同溶剂光伏器件制备为进一步研究聚合物溶于不同溶剂所制成光敏层薄膜光伏器件的光伏特性，我们将Ｐ３ＨＴ分别溶于三种溶剂（氯苯、氯仿、二甲苯）作为光敏层制备了三种器件，器件结构为：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｐ３ＨＴ／ＡＩ．如图２所示．图２聚合物光伏器件结构器件的制备：①溶液制备：将Ｐ３ＨＴ分别溶于氯苯、氯仿、二甲苯中，浓度均为１０ｒａｇ／ｍ１，常温下充分溶解．②衬底清洗：用脱脂棉球蘸洗液反复擦洗ＩＴＯ玻璃片，然后用大量水冲洗，再用去离子水冲洗，最后用丙酮、无水乙醇超声ＩＴＯ玻璃各２０分钟，去离子水超声三次，每次２０分钟．③器件制备：用氮气将清洗后的ＩＴＯ玻璃片吹干，用甩膜机在ＩＴＯ表面旋涂一层４０ｎｎ＇ｌ厚的ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ．甩膜机转速为２０００转／分．然后放人８０℃的恒温干燥箱中烘干ｌＯ分钟，再将温度升高到１５０℃后自然冷却．ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ是Ｐ型半导体，因此它是一种好的空穴传输材料，保证光敏层中的空穴能更好地收集到ＩＴＯ电极上．然后在三块涂有ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ的ＩＴＯ上分别旋涂１００ｌｌｍ厚的三种溶剂溶解的Ｐ３ＨＴ作为光敏层．甩膜机转速为２５００转／分．最后在真空度为１０—６Ｔｏｒｔ的真空镀膜机里分别热蒸发沉积１２０ｎＩＴｌ厚的Ａｌ电极．电池的有效电极面积为９ｒ／ｍ１２．这样制备了三种不同溶剂溶解Ｐ３ＨＴ作为光敏层的三个器件．２实验结果与分析由于不同的溶剂溶解聚合物制成的光敏层薄膜的形貌不同，而形貌将对器件的光伏特性有很大的影响．为研究基于Ｐ３ＨＴ作为光敏层的光伏电池的光伏特性受不同溶剂溶解的影响．我们将Ｐ３ＨＴ溶于氯苯、氯仿、二甲苯三种溶剂制作三种光敏层薄膜，并得到Ｐ３ＨＴ溶于三种溶剂的原子力显微镜（ＡＦＭ）图如图３所示．图３Ｐ３ＨＴ分别溶于三种溶剂（氯苯、氯仿、二甲苯）的ＡＦＭ图比较三种溶剂光电层薄膜ＡＦＭ图．由图可知，Ｐ３ＨＴ溶于氯苯的薄膜形貌最优．用氯苯做溶剂比用氯仿、二甲苯旋涂得到的膜层表面更光滑，这是因为Ｐ３ＨＴ在氯苯中具有较好的溶解性，同时用氯苯作为溶剂会增加聚合物链间的相互作用，可使Ｐ３ＨＴ链的有序性排列更高一些，使空穴迁移率得到改善．而溶于氯仿、二甲苯旋涂得到的膜层表面粗糙，这是因为Ｐ３ＨＴ没有在这两种溶剂中充分溶解，溶剂对聚合物链间的相互作用较弱，Ｐ３ＨＴ链有序性排列差．由此可看出氯苯对Ｐ３ＨＴ的溶解性比氯仿、二甲苯要好．Ｐ３ＨＴ分别溶于三种溶剂作为光敏层所制备的光伏器件进行Ｊ—Ｖ特性测试，其Ｊ—Ｖ特性曲线如图４所示．电坛ｃＶＩ图４Ｐ３ＨＴ三种器件的光电流一电压曲线。

稀释溶剂对PEDOT∶ PSS薄膜和有机太阳能电池性能的影响胡雪花;李福山;徐胜;郭太良【摘要】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PE-DOT∶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％.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2014(035)003【总页数】5页(P322-326)【关键词】PEDOT∶PSS;喷涂;有机太阳能电池【作者】胡雪花;李福山;徐胜;郭太良【作者单位】福州大学光电显示技术研究所,福建福州350002;福州大学光电显示技术研究所,福建福州350002;福州大学光电显示技术研究所,福建福州350002;福州大学光电显示技术研究所,福建福州350002【正文语种】中文【中图分类】O631.23PEDOT∶PSS是目前有机电子领域最普遍使用的聚合物导电材料,常作为器件的空穴传输层[1-6]。

此外,由于其具有较高的导电性,渐渐展现出替代金属电极的潜力[7-10]。

近年来,喷涂技术由于其低成本、可图形化、易于实现柔性制备等优势被广泛应用于PEDOT∶PSS薄膜的制备[11-14]。

然而,由于原始的PEDOT∶PSS溶液过于粘稠而容易堵塞喷枪及喷涂技术本身存在的问题,使得喷涂制备的PEDOT∶PSS薄膜的膜厚、平整度及导电性还不能满足实际需要,因此,人们采取稀释PEDOT∶PSS溶液的方法来优化薄膜性能。

K.X.Steirer等[15]采用纯水稀释PEDOT∶PSS,然后喷涂制备了膜厚为70 nm、平均粗糙度为1.5 nm的PEDOT∶PSS薄膜。

阴离子修饰的溶剂化结构在电解质中的优先吸附1. 介绍随着电动汽车、可再生能源以及能量存储的快速发展，电解质作为电池中至关重要的一部分，其性能和稳定性受到了广泛关注。

溶剂化结构作为电解质中的一个重要组成部分，直接影响着离子传递、溶解度以及电荷转移动力等电化学性能。

而在溶剂化结构中，阴离子的修饰以及其对电解质中的优先吸附是当前研究的热点之一。

2. 阴离子修饰对溶剂化结构的影响阴离子修饰可以显著影响溶剂化结构的形成和稳定性。

在一些研究中发现，阴离子的大小、形状以及电荷可能会对溶剂化结构产生显著影响。

不同的阴离子对于电解质分子的吸附能力和溶剂化效果也各不相同。

一些研究指出，阴离子的存在可以改变电解质的溶解度和导电性能，从而影响电池的性能和循环寿命。

3. 阴离子修饰的优先吸附阴离子修饰的溶剂化结构能够在电解质中发生优先吸附，这主要是由于阴离子与溶剂和阳离子之间的相互作用。

通过阴离子修饰，可以改变电解质溶液中的电位分布和溶剂化结构，从而促进其对于电极表面的吸附。

这种优先吸附作用不仅能够提高电极表面的反应活性，还能够有效抑制某些副反应的发生，从而提高电池的循环寿命和能量密度。

4. 挑战与展望尽管阴离子修饰的溶剂化结构在电解质中的优先吸附在理论上有着巨大的潜力，但是目前仍然面临着许多挑战。

如何精确控制和调控阴离子修饰的溶剂化结构，以及如何在实际电池系统中实现其优势的转化和应用都是当前亟待解决的问题。

未来的研究需要从实验和理论两个方面入手，充分探索阴离子修饰的溶剂化结构在电解质中的优先吸附机制，并进一步完善其在电池系统中的应用。

5. 结论阴离子修饰的溶剂化结构在电解质中的优先吸附是当前电池领域的研究热点之一，其在提高电池性能、循环寿命以及安全性方面具有重要意义。

未来需要加强基础理论研究，结合实验手段探索其在电池系统中的应用，并加速其产业化进程。

这将对电动汽车、可再生能源以及能量存储等领域产生深远的影响，推动电池技术的进步与应用。

活性层混合溶剂对高分子太阳能电池性能的影响刘冠辰;齐建;李双翠;谢小银【摘要】高分子有机太阳能电池因为其简单的制作工艺和轻便稳定的特性而引起人们的广泛研究.控制活性层的形貌对于提高有机太阳能电池的光电性能有着至关重要的意义.使用两种不同的混合溶剂(氯仿/1,8-二碘代辛烷和氯苯/1,8-二碘代辛烷)来制备PTB7-Th:PC70 BM活性层.发现使用氯苯/1,8-二碘代辛烷能使活性层获得更好的相分离效果,从而有利于光的吸收和电荷的分离.相对于氯仿/1,8-二碘代辛烷,使用氯苯/1,8-二碘代辛烷的太阳能电池的光电转化效率从7.21%大幅提高到了8.86%.这主要来自短路电流密度(从15.1 mA/cm-2提高至16.7 mA/cm2)和填充因子(从61.2%提高至66.3%)的提高.结果表明使用氯苯/1,8-二碘代辛烷作为混合溶剂有利于制备高性能的基于PTB7-Th:PC70 BM的有机太阳能电池.%Polymer based organic solar cells have attracted a lot of attentions due to their properties of light weight , high stability , and simple fabricationprocess .Control the morphology of active layers plays very important roles for improving the performance of organic solar cells .Mix-solvents of chloroform/1,8-diiodooctone were respe-tively used and chlorobenzene/1,8-diiodooctone were respectively used for processing PTB 7-Th:PC70 BM active lay-ers.That was found using chlorobenzene /1,8-diiodooctone resulted in an improved morphology with good phase sepa-ration, which is beneficial for light absorption and chargedissociation .Compared with using chloroform/1,8-diio-dooctone , the solar cell based on chlorobenzene /1,8-diiodooctone exhibited an improved power conversion efficiency from 7.21%to 8.86%.Theimprovement mainly came from the largely enhanced short circuit current density ( from 15.1 mA/cm2 to 16.7 mA/cm2 ) and fill factor ( from61.2%to 66.3%) .The results indicate that using mix-solvent of chlorobenzene/1,8-diiodooctone for processing PTB 7-Th:PC70 BM active layer is advantageous for fabricating high performance organic solar cells .【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)014【总页数】4页(P153-156)【关键词】有机太阳能电池;混合溶剂;形貌;光电转化效率【作者】刘冠辰;齐建;李双翠;谢小银【作者单位】吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林 132022;滨州职业学院轻纺化工学院,滨州 256603;烟台工程职业技术学院,烟台264000;吉林化工学院石油化工学院,吉林 132022【正文语种】中文【中图分类】TM914.4近年来，有机太阳能电池因为其较高的光电转化性能和简单的制备工艺而得到快速的发展[1,2]。