Dette manuskript beskriver, hvordan at designe og fabrikere effektive inverteret SMPV1:PC71BM solceller med ZnO nanorods (NRs) dyrkes på en høj kvalitet Al-doped ZnO (AZO) frø lag. Den godt justeret lodret orienterede ZnO NRs udstille høje krystallinske egenskaber. Power conversion effektivitet af solceller kan nå 6,01%.
Dette manuskript beskriver, hvordan at designe og fabrikere effektive omvendte solceller, som er baseret på en to-dimensionel konjugeret lille molekyle (SMPV1) og [6,6] – phenyl – C71-smørsyre methylester (PC71BM), ved at udnytte ZnO nanorods (NRs) dyrkes på en høj kvalitet Al-doped ZnO (AZO) frø lag. Inverterede SMPV1:PC71BM solceller med ZnO NRs, der voksede på både en spruttede og sol-gel forarbejdede AZO frø lag er opdigtet. Sammenlignet med den AZO tyndfilm udarbejdet af metoden sol-gel, udstiller sputtered AZO tynd filmen bedre krystallisering og lavere overfladeruhed efter røntgen diffraktion (XRD) og atomic force mikroskop (AFM) målinger. Orientering af ZnO NRs dyrkes på et spruttede AZO frø lag viser bedre lodret justering, som er til gavn for deposition af det efterfølgende aktive lag, danner bedre overflade morfologier. Generelt, den overflade morfologi af det aktive lag primært dominerer udfyldningsfaktor (FF) af enhederne. Derfor kan godt justeret ZnO NRs bruges til at forbedre carrier samling af det aktive lag og øge FF af solceller. Desuden, som en anti-refleksion struktur, kan det også udnyttes til at forbedre lys høst af laget absorption med power conversion effektivitet (PCE) af solceller nå 6,01%, højere end sol-gel-baserede solceller med en effektivitet på 4.74 %.
Organiske solceller (OPV) enheder har for nylig gennemgået en bemærkelsesværdig udvikling i anvendelsen af vedvarende energikilder. Sådanne organiske enheder har mange fordele, herunder løsningsprocessen kompatibilitet, lave omkostninger, lette vægt, fleksibilitet, etc.1,2,3,4,5 indtil nu, plastsolceller (PSC) med en PCE i mere end 10% er blevet udviklet ved at udnytte de konjugerede polymerer blandet med PC71BM6. Sammenlignet med polymer-baserede PSC’er, lille molekyle-baserede OPVs (SM-OPVs) har tiltrukket mere opmærksomhed når det kommer til at opdigte OPVs på grund af deres mange forskellige fordele, herunder veldefinerede kemiske strukturer, facile syntese og rensning, og generelt højere åbne kredsløb spænding (Voc)7,8,9. På nuværende tidspunkt, en 2-D struktur konjugeret lille molekyle 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) med BDT-T (benzo [1,2-b:4, 5-b’] dithiophene) som den centrale enhed, og 3-octylrodanine som fratagelse af elektron ende-gruppe10 er blevet udformet og brugt til blanding med PC71BM for lovende bæredygtig OPVs ansøgning. PCE af konventionelle lille molekyle solceller (SM-OPVs) baseret på SMPV1 blandet med PC71BM har nået mere end 8,0%10,11.
I fortiden, kunne PSC’er forbedret og optimeret blot ved at justere tykkelsen af det aktive lag. Men i modsætning til PSC’er, SM-OPVs i almindelighed har en kortere diffusion længde, som stærkt begrænser tykkelsen af det aktive lag. Derfor, for at øge den korte strømtæthed (Jsc) af SM-OPVs, udnytter nano-struktur12 eller NRs9 for at forbedre optisk absorption af SM-OPVs blev nødvendigt.
Blandt disse metoder er anti-refleksion NRs struktur generelt effektivt til lys høst af det aktive lag over en bred vifte af bølgelængder; Derfor, at vide, hvordan at vokse godt justeret lodret orienterede zinkoxid (ZnO) NRs er meget kritisk. Frø lag under laget ZnO NRs overfladeruhed har stor indflydelse på retningen af NN arrays; Derfor, for at deponere godt orienteret NRs, krystallisering af frø lag skal være netop kontrollerede9.
I dette arbejde, er AZO filmene udarbejdet af theRadio-frekvens (RF) sputtering teknik. Sammenlignet med andre teknikker, er RF sputtering kendt for at være en effektiv teknologi, der kan overdrages til industrien for det er en pålidelig deposition teknik, som giver mulighed for syntesen af høj renhed, ensartet, glat og selvbærende AZO tynde film til at vokse over stort område substrater. Udnytte RF sputtering deposition giver mulighed for dannelse af høj kvalitet AZO film, der udviser høj krystallisering med reduceret ruhed af overfladen. Derfor, i den efterfølgende vækst lag, retningslinjerne fra NRs er stærkt justeret, endnu mere så i forhold til ZnO film udarbejdet af metoden sol-gel. Brug af denne teknik, kan PCE inverteret lille molekyle solceller baseret på godt justeret lodret orienterede ZnO NR arrays nå 6,01%.
Ved at udnytte NRs mellemlægget, kan både Jsc og FF af enhederne forbedres. Overfladeruhed af NRs vil dog også indflydelse på de efterfølgende processer. Således, orientering og af NRs overflade morfologi bør omhyggeligt manipuleres. I lang tid forarbejdet sol-gel ETL som TiO2 og ZnO var almindeligt brugt i kvikskrankerne på grund af deres enkle procedurer. Dog krystalliseringen af sol-gel forarbejdet lag er generelt af typen amorf, og overfladen morfologi af lagene er ru i fleste tilfælde….
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne vil gerne takke den nationale videnskab Rådet i Kina for den finansielle støtte af denne forskning under Kontraktnr. De fleste 106-2221-E-239-035, og de fleste 106-2119-M-033-00.
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 |