היטב מיושר אנכית מונחה ZnO Nanorod מערכים ויישומם ב הפוך קטן מולקולה תאים סולריים
Summary
כתב יד זה מתאר כיצד לעצב, הרכיבו יעיל SMPV1:PC הפוכה71מוניטור השמש תאים עם ZnO nanorods (NRs) גדל על שכבת זרע ZnO באל-מסטול (אזו) באיכות גבוהה. מיושר היטב באופן אנכי אוריינטציה ZnO NRs נספח מאפייני גבישי גבוהה. המרת כוח יעילות תאים סולריים יכולים להגיע 6.01%.
Abstract
כתב יד זה מתאר כיצד לעצב, הרכיבו יעילות תאים סולריים הפוכה, אשר מבוססים על מולקולה קטנה מצומדת דו-ממדית (SMPV1) ו- [6, 6] – phenyl – C71-חומצה בוטירית מתיל אסטר (PC71מוניטור), על ידי ניצול ZnO nanorods (NRs) גדל על שכבת זרע ZnO באל-מסטול (אזו) באיכות גבוהה. התאים הסולאריים71מוניטור SMPV1:PC הפוכה עם NRs ZnO שגדל על שני בהיסוס, סול-ג’ל זרע אזו מעובד שכבה מיוצרים. הסרט דק אזו sputtered לעומת הסרט דק אזו שהוכנו על ידי שיטת סול-ג’ל, תערוכות התגבשות טוב יותר, חספוס בפני השטח נמוך יותר, על פי צילום רנטגן עקיפה (XRD) ומדידות מיקרוסקופ (AFM) כוח אטומי. הכיוון של NRs ZnO גדל על שכבת זרע אזו בהיסוס מראה יותר יישור אנכי, שמועיל לתצהיר של השכבה הפעילה עוקבות, ויוצרים מורפולוגיות השטח טוב יותר. באופן כללי, המורפולוגיה משטח של השכבה הפעילה בעיקר חולש על הגורם מילוי (FF) של המכשירים. כתוצאה מכך, NRs ZnO מיושר היטב יכול לשמש כדי לשפר את האוסף המוביל של השכבה הפעילה וכדי להגדיל את FF של תאים סולריים. יתר על כן, מבנה נגד השתקפויות, זה גם יכול להיות מנוצל כדי לשפר את האור קציר של השכבה הקליטה, עם יעילות המרה כוח (PCE) של תאים סולריים להגיע 6.01%, גבוה יותר סול הג’ל המבוסס על תאים סולריים עם יעילות של 4.74 %.
Introduction
התקנים אורגניים (האוראלי) photovoltaic עברו לאחרונה מדהים התפתחויות ביישום של מקורות אנרגיה מתחדשים. מכשירים כאלה אורגני יש יתרונות רבים, כולל תהליך הפתרון תאימות, עלות נמוכה, קל משקל, גמישות, וכו1,2,3,4,5 עד עכשיו, תאים סולריים פולימר (מגירסה) באמצעות PCE של יותר מ-10% פותחו על-ידי ניצול של פולימרים מצומדת מעורבב עם71מוניטור PC6. לעומת מגירסה מבוסס פולימר, OPVs מבוסס-מולקולה קטנה (SM-OPVs) משכו תשומת לב יותר כשמדובר בדיית OPVs עקב שלהם מספר יתרונות, כולל מבנה כימי מוגדרים היטב, סינתזה נתיישב, טיהור, ו בדרך כלל גבוה יותר המתחים במעגל פתוח (Voc)7,8,9. בזמן הנוכחי, מבנה דו-ממד מצומדת מולקולה קטנה SMPV1 (2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2′:5,2 ‘-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene) עם BDT-T (benzo [1, 2-b:4, 5-b’] dithiophene) וגם ליבה יחידה 3-octylrodanine סוף-הקבוצה פורש אלקטרון10 כבר מעוצבים ורגילים להתמזג עם PC71מוניטור מבטיח יישום OPVs בר קיימא. PCE של תאים סולאריים קונבנציונליים מולקולה קטנה (SM-OPVs) מבוסס על SMPV1 מעורבב עם PC71מוניטור הגיעה יותר 8.0%10,11.
בעבר, מגירסה יכול להיות משופרת, ממוטב פשוט על-ידי התאמת עובי השכבה הפעילה. עם זאת, בניגוד מגירסה, SM-OPVs באופן כללי יש אורך דיפוזיה קצר יותר, אשר מגביל באופן משמעותי את עובי השכבה הפעילה. מכאן, כדי להגביר עוד יותר את צפיפות זרם קצר (Jsc) של SM-OPVs, ניצול של ננו-מבנה12 או NRs9 כדי לשפר את הספיגה אופטי של SM-OPVs נהיה נחוץ
בין השיטות, המבנה NRs נגד השתקפות יעיל בדרך כלל עבור קציר אור של השכבה הפעילה במגוון רחב של אורכי גל; לכן, לדעת כיצד לגדל מיושר היטב NRs תחמוצת אבץ שכיוונו אנכי (ZnO) הוא מאוד קריטי. חספוס פני השטח של שכבת זרע מתחת לשכבת ZnO NRs יש השפעה רבה על הכיוון של מערכי של נאט ו; לכן, על מנת להפקיד NRs מונחה היטב, התגבשויות של שכבת זרע צריך להיות בדיוק מבוקרת9.
בעבודה זאת, הסרטים אזו מוכנות על ידי theRadio-תדר (RF) sputtering טכניקה. לעומת טכניקות אחרות, RF sputtering ידוע להיות טכנולוגיה יעילה ניתן להעברה לתעשיית עבורו היא טכניקה התצהיר אמין, אשר מאפשר את הסינתזה של טוהר גבוהה, אחיד, חלקה, עצמית קיימא אזו סרטים רזה לגדול על פני שטח גדול סובסטרטים. ניצול של RF sputtering התצהיר מאפשרת היווצרות של סרטים אזו באיכות גבוהה עם חספוס מופחתים של פני השטח של תצוגת התגבשות גבוהה. לכן, בשכבה צמיחה עוקבות, כיווני של NRs מאוד מיושרים, אז אפילו יותר בהשוואה לסרטים ZnO שהוכנו על ידי שיטת סול-ג’ל. בעזרת טכניקה זו, PCE של תאים סולאריים מולקולה קטנה הפוכה בהתבסס על מערכים ZnO NR שכיוונו אנכי מיושר היטב יכול להגיע 6.01%.
Protocol
Representative Results
Discussion
על ידי ניצול interlayer את NRs הטובה, Jsc והן של FF של המכשירים ניתן לשפר. עם זאת, חספוס פני השטח של NRs ישפיע גם על התהליכים הבאים. לפיכך, את הכיוון, המורפולוגיה משטח של NRs צריך להיות בזהירות מניפולציות. במשך זמן רב, סול-הג’ל לעבד ETL כגון TiO2 ו ZnO היו נפוצים מגירסה בשל הליכים פשוטים שלהם. עם זאת, ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים רוצה להודות הלאומי למדע המועצה של סין על התמיכה הפיננסית של מחקר זה תחת חוזה מס רוב 106-2221-E-239-035, ואת רוב 106-2119-M-033-00.
Materials
| AZO target | Ultimate Materials Technology Co., Ltd. | none | AZO (2 wt% Al2O3 in ZnO) , 3”ψx 3mmt + 3mmt Cu B/P + Bonding |
| SMPV1 | Luminescence Technology Corp. | 1651168-29-4 | 2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene |
| RF sputtering system | Kao Duen Technology Co., Ltd | none | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| Zinc Acetate Dihydrate | J. T. Baker | 5970456 | 4.39 g |
| Monoethanolamine | J. T. Baker | 141435 | 1.22 g |
| 2-methoxyethanol | Sigma-Aldrich | 109864 | 40 mL |
| Zinc Nitrate Hexahydrate | J. T. Baker | 10196186 | 1.49 g |
| Hexamethylenetetramine | Sigma-Aldrich | 100-97-0 | 0.7 g |
| Indium tin oxide (ITO) | RiTdisplay | none | coated glass substrates (<10 Ω sq–1) |
| AFM | Veeco | Innova SPM | |
| SEM | FEI | Nova 200 NanoSEM | operation voltage: 10 kV |
| XRD | Bruker | D8 X-ray diffractometer | 2θ range: 10–90 °; step size: 0.008 ° |
| PL | Horiba | Jobin-Yvon HR800 | excitation source: 325 nm UV Laser 20 mW |
| solar simulator | Newport | 91192A | AM 1.5G |
| Precision Semiconductor Parameter Analyzer | Keysight Technologies | Agilent 4156C | sweep from -1 to +1 V |
| toluene | Sigma-Aldrich | 108-88-3 | 1 mL |
| PC71BM | Sigma-Aldrich | 609771-63-3 | 11.25 mg |
| Thermal evaporation system | Kao Duen Technology Co., Ltd | Kao Duen PVD System | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| HCl | Sigma-Aldrich | 7647-01-0 | |
| MoO3 | Alfa Aesar | 1313-27-5 | 99.50% |
| silver ingot | ADMAT Inc. | none | 100.00% |
| Thin Film Deposition Controller | INFICON | XTC | |
| anti-corrosion tape (Polyimide Film) | 3M Taiwan Corporation | none | http://solutions.3m.com.tw/wps/portal/3M/zh_TW/InsulatingTape/home/product/Polyimide/ |
| spin-coater | Chemat Technology, Inc | KW-4A | http://www.chemat.com/chematscientific/KW-4A.aspx |
References
- Dou, L., et al. Tandem polymer solar cells featuring a spectrally matched low-bandgap polymer. Nat. Photonics. 6 (3), 180-185 (2012).
- You, J., et al. Metal Oxide Nanoparticles as an Electron-Transport Layer in High Performance and Stable Inverted Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 24 (38), 5267-5272 (2012).
- Dou, L., et al. Systematic Investigation of Benzodithiophene- and Diketopyrrolopyrrole-Based Low-Bandgap Polymers Designed for Single Junction and Tandem Polymer Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 134 (24), 10071-10079 (2012).
- Li, G., Zhu, R., Yang, Y. Polymer solar cells. Nat. Photonics. 6 (3), 153-161 (2012).
- You, J., et al. A polymer tandem solar cell with 10.6% power conversion efficiency. Nat. Commun. 4, 1446 (2013).
- Chen, J. D., et al. Single-Junction Polymer Solar Cells Exceeding 10% Power Conversion Efficiency. Adv. Mater. 27 (6), 1035-1041 (2015).
- Zhang, H., et al. Developing high-performance small molecule organic solar cells via a large planar structure and an electron-withdrawing central unit. Chem. Commun. 53, 451-454 (2017).
- Zhou, H., et al. Conductive Conjugated Polyelectrolyte as Hole-Transporting Layer for Organic Bulk Heterojunction Solar Cells. Adv. Mater. 26 (5), 780-785 (2014).
- Lin, M. Y., et al. Enhance the light-harvesting capability of the ITO-free inverted small molecule solar cell by ZnO nanorods. Opt. Express. 24 (16), 17910-17915 (2016).
- Liu, Y., et al. Solution-processed small-molecule solar cells: breaking the 10% power conversion efficiency. Sci. Rep. 3, 3356 (2013).
- Farahat, M. E., et al. Toward environmentally compatible molecular solar cells processed from halogen-free solvents. J. Mater. Chem. A Mater. Energy Sustain. 4 (19), 7341-7351 (2016).
- Lin, M. Y., et al. Plasmonic ITO-free polymer solar cell. Opt. Express. 22 (S2), A438-A445 (2014).
- Donato, A., et al. RF sputtered ZnO-ITO films for high temperature CO sensors. Thin Solid Films. 517 (22), 6184-6187 (2009).
- Lin, M. Y., et al. Sol-gel processed CuOx thin film as an anode interlayer for inverted polymer solar cells. Org. Electron. 11 (11), 1828-1834 (2010).
- Vandewal, K., et al. On the origin of the open-circuit voltage of polymer-fullerene solar cells. Nat. Mater. 8, 904-909 (2009).
- Sharma, R., et al. X-ray diffraction: a powerful method of characterizing nanomaterials. Recent Research in Science and Technology. 4 (8), 77-79 (2012).
- Huggett, J. M., Shaw, H. F. Field emission scanning electron microscopy a high-resolution technique for the study of clay minerals in sediments. Clay Miner. 32, 197-203 (1997).
- Lou, S., et al. Laser beam homogenizing system design for photoluminescence. Appl. Opt. 53 (21), 4637-4644 (2014).
- Huang, J. S., Lin, C. F. Influences of ZnO sol-gel thin film characteristics on ZnO nanowire arrays prepared at low temperature using all solution-based processing. J. Appl. Phys. 103, 014304 (2008).
- Leung, S. F., et al. Light Management with Nanostructures for Optoelectronic Devices. J. Phys. Chem. Lett. 5, 1479-1495 (2014).
- Lee, C. Y., et al. White-light electroluminescence from ZnO nanorods/polyfluorene by solution-based growth. Nanotechology. 20 (42), (2009).
