잘 정렬 된 수직 지향 ZnO Nanorod 배열 및 그들의 응용 프로그램에서 반전 된 작은 분자 태양 전지
Summary
이 원고에서는 디자인과 고품질 알 실수로 ZnO (AZO) 씨앗 층에 성장 하는 ZnO nanorods (NRs)와 효율적인 거꾸로 SMPV1:PC71BM 태양 전지를 조작 하는 방법을 설명 합니다. 잘 정렬 된 수직으로 ZnO NRs 전시 높은 결정 속성 지향. 전력 변환 효율의 태양 전지는 6.01%를 도달할 수 있다.
Abstract
이 원고 디자인과 효율적인 거꾸로 태양 전지, 2 차원 활용된 작은 분자 (SMPV1)에 근거 하는 조작 하는 방법에 설명 합니다 및 [6,6]-페 닐-C71-ZnO nanorods (NRs)을 이용 하 여 버터 산 메 틸 에스테 르 (PC71BM), 높은 품질 알 실수로 ZnO (AZO) 씨앗 층에 성장. 거꾸로 SMPV1:PC71BM 태양 전지 모두 스퍼터 링 및 졸-겔의 처리 아조 씨 계층에 ZnO NRs와 조작 됩니다. 졸-겔 방법에 의해 준비 된 AZO 박막에 비해, 스퍼터 AZO 박막 더 나은 결정 및 낮은 표면 거칠기, x 선 회절 (XRD) 및 원자 힘 현미경 (AFM) 측정을 전시 한다. 스퍼터 아조 씨앗 층에 성장 하는 ZnO NRs의 방향을 보여줍니다 더 나은 세로 맞춤, 더 나은 표면 형태학 형성 이후 활성 층의 증 착에 대 한 유용 합니다. 일반적으로, 활성 층의 표면 형태는 주로 장치 채우기 비율 (FF)를 지배 한다. 결과적으로, 활성 층의 캐리어 컬렉션을 개선 하 고 태양 전지의 FF를 증가을 잘 정렬 된 ZnO NRs는 사용할 수 있습니다. 또한, 반사 방지 구조, 그것은 또한 이용 될 수 있다 6.01%, 졸-겔 4.74의 효율을 가진 태양 전지를 기반으로 보다 높은 도달 하는 태양 전지의 전력 변환 효율 (PCE) 흡수 층의 빛 수확을 향상 시키기 위해 %.
Introduction
유기 태양 전지 (OPV) 장치 최근 놀라운 발전 신 재생 에너지 자원의 응용 프로그램에서 받은. 이러한 유기 장치는 솔루션 프로세스 호환성, 저렴 한 비용, 경량, 유연성, 등1,2,3,,45 지금까지를 포함 하 여 많은 이점이 있다 폴리머 태양 전지 (PSCs) 10%의 PCE PC71BM6혼합 활용 된 고분자를 이용 하 여 개발 되었습니다. 폴리머 기반 Psc에 비해, 작은 분자 기반 OPVs (SM-OPVs)가 관심을 끌었다 더 잘 정의 된 화학 구조, 손쉬운 합성 및 정화를 포함 하 여 그들의 여러 가지 장점으로 인해 OPVs를 날조에 관해서 그리고 일반적으로 높은 개방 회로 전압 (Voc)7,,89. 현재, 2 차원 구조 작은 분자 SMPV1 활용 (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) BDT t (benzo [1, 2-b:4, 5-b’] dithiophene) 코어 단위 및 3-octylrodanine 전자 철수 끝-그룹10 PC71BM 유망한 지속 가능한 OPVs 응용 프로그램을 설계 하 고 사용 혼합 되었습니다. 전통적인 작은 분자 태양 전지 (SM-OPVs) SMPV1 PC71BM과 혼합에 따라의 PCE는 8.010,11이상에 도달 했습니다.
과거에는, Psc 향상 된 고 활성 층의 두께 조정 하 여 최적화 될 수 있습니다. 그러나, PSCs, 달리 SM OPVs 짧은 확산 길이, 활성 층의 두께 크게 제한 일반적으로 있다. 따라서, SM-OPVs의 짧은 전류 밀도 J (sc)을 더욱 높이기 위해 SM OPVs의 광 흡수를 개선 하기 위해 나노 구조12 또는 NRs9 를 활용 하 여 필요한 되었다.
이러한 방법 중에서 반사 NRs 구조는 일반적으로 넓은 범위의 파장; 활성 레이어의 빛 수확에 대 한 효과적 따라서, 잘 정렬 된 세로 방향된 산화 아연 (ZnO) NRs를 성장 하는 방법을 알고 것은 매우 중요 합니다. ZnO NRs 레이어 아래 씨앗 층의 표면 거칠기는 NR 배열;의 방향에 큰 영향 따라서, 잘 지향된 NRs 예금, 씨앗 층의 결정 화 해야 정확 하 게 제어9합니다.
이 작품에서 아조 영화 theRadio 주파수 (RF) 기술을 스퍼터 링에 의해 준비 된다. 다른 기술에 비해, 그것에 대 한 업계에 게 양도할 수는 효율적인 기술 이다 신뢰할 수 있는 증 착 기술, 고 순도, 균일 한, 부드러운, 그리고 자체 지속 가능한 아조 박막 성장 합성 수 있는 것으로 알려져 있다 RF 스퍼터 링 이상 큰 면적 기판. RF 스퍼터 링 증 착을 이용 하 여 감소 된 표면 거칠기와 높은 결정 화 하는 고품질 아조 필름을 형성 수 있습니다. 따라서 이후의 성장 레이어에서는 NRs의 방향은 매우 정렬, 졸-겔 방법에 의해 준비 하는 ZnO 필름에 비해 더욱 그렇고. 이 기술을 사용 하면 세로 방향된 잘 정렬 된 ZnO NR 배열에 따라 거꾸로 작은 분자 태양 전지의 PCE 6.01%를 도달할 수 있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
NRs interlayer를 이용 하 여 Jsc 와 소자의 FF 모두 개선할 수 있습니다. 그러나, NRs의 표면 거칠기 또한 후속 프로세스를 좌우할 것 이다. 따라서, 방향과 NRs의 표면 형태 해야 신중 하 게 조작할 수 있습니다. 티 오2 및 ZnO 했다 그들의 간단한 절차 때문에 Psc 사용 일반적으로 오랜 시간 졸-겔 ETL 처리. 그러나, 솔-젤 처리 층의 결정 화는 일반적으로 비정 질 유형, 그리고 층의 표면 형태?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자 계약 번호 아래이 연구의 재정 지원에 대 한 중국의 국가 과학 위원회를 감사 하 고 싶습니다. 대부분 106-2221-E-239-035, 그리고 대부분 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 |
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