Gut abgestimmten vertikal orientierte ZnO Nanorod Arrays und deren Anwendung in invertiert kleine Molekül Solarzellen
Summary
Dieses Manuskript wird beschrieben, wie zu entwerfen und fertigen effiziente invertierten SMPV1:PC71BM Solarzellen mit ZnO Laptops (NRs) auf eine qualitativ hochwertige Al-dotierten ZnO (AZO) Samen Schicht angebaut. Die gut abgestimmten vertikal ausgerichtet ZnO NRs Ausstellung hohe kristalline Eigenschaften. Der Wirkungsgrad von Solarzellen erreichen 6.01 %.
Abstract
Dieses Manuskript wird beschrieben, wie zu entwerfen und fertigen effiziente umgekehrte Solarzellen, die auf eine zweidimensionale konjugierte kleines Molekül (SMPV1) basieren und [6,6] – Phenyl – C71-Buttersäure-Methylester (PC71BM), durch die Verwendung von ZnO Laptops (NRs) auf eine qualitativ hochwertige Al-dotierten ZnO (AZO) Samen Schicht angebaut werden. Die invertierte SMPV1:PC71BM Solarzellen mit ZnO NRs, die auf einer gesputterten und Sol-Gel verarbeiteten AZO Saatgut-Schicht wuchs werden hergestellt. Verglichen mit der AZO Dünnschicht, vorbereitet von der Sol-Gel-Methode, Exponate die gesputterte AZO Dünnschicht besser Kristallisation und geringer Oberflächenrauheit nach Röntgendiffraktometrie (XRD) und Rasterkraft-Mikroskop (AFM)-Messungen. Die Ausrichtung auf eine Schicht gesputterten AZO Saatgut angebaut ZnO-NRs zeigt besser vertikale Ausrichtung, die für die Ablagerung von der nachfolgenden wirkstoffschicht bilden bessere Oberfläche Morphologien von Vorteil ist. Morphologie die Oberfläche der aktiven Ebene dominiert im Allgemeinen, vor allem den Füllfaktor (FF) der Geräte. Infolgedessen kann die gut abgestimmten ZnO NRs, die Träger-Sammlung der aktiven Ebene zu verbessern und die FF der Solarzellen zu erhöhen verwendet werden. Darüber hinaus als Anti-Reflektions-Struktur, kann es auch genutzt werden, um zu verbessern, die Lichtsammlung der absorptionsschicht mit Wirkungsgrad (PCE) von Solarzellen erreichen 6.01 %, höher als das Sol-Gel-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 4,74 basierte %.
Introduction
Organische Photovoltaik (OPV) Geräte haben bemerkenswerte Fortschritte bei der Anwendung von erneuerbaren Energiequellen vor kurzem erfahren. Solche organischen Geräte haben viele Vorteile, einschließlich der Lösungsprozess Kompatibilität, niedrige Kosten, geringes Gewicht, Flexibilität, etc.1,2,3,4,5 bis jetzt, Polymer-Solarzellen (EAP) mit einem PCE von mehr als 10 % wurden durch den Einsatz der konjugierten Polymers gemischt mit PC71BM6entwickelt. Im Vergleich zu Polymer-basierten PSCs, kleine Molekül-basierte OPVs (SM-OPV) haben mehr Aufmerksamkeit bei der Herstellung von OPV aufgrund ihrer einige deutliche Vorteile, einschließlich der klar definierten chemischen Strukturen, einfache Synthese und Reinigung, und in der Regel höhere offenen Spannungen (VOc)7,8,9. Zur Zeit eine 2-D-Struktur konjugiert niedermolekularer 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) mit BDT-T (Benzo [1,2-B:4, 5-b “] Dithiophene) als zentrale Einheit und 3-Octylrodanine wie die Aberkennung der Elektron-Endgruppe10 wurde entworfen und zur Mischung mit PC71BM für vielversprechende nachhaltige OPVs Anwendung. Die PCE von konventionellen niedermolekularer Solarzellen (SM-OPV) basierend auf SMPV1 gemischt mit PC71BM hat mehr als 8,0 %10,11erreicht.
In der Vergangenheit konnten PSCs verbessert und optimiert, indem die Dicke der aktiven Ebene. Jedoch im Gegensatz zu EAP haben SM-OPVs im Allgemeinen eine kürzere Länge der Diffusion, die die Dicke der aktiven Ebene stark einschränkt. Daher wurde um die kurze Stromdichte (Jsc) von SM-OPVs zu steigern, unter Verwendung der Nanostruktur12 oder NRs9 zur Verbesserung der optischen Absorption von SM-OPVs notwendig.
Unter diesen Verfahren ist die Entspiegelung NRs Struktur in der Regel wirksam zur Lichtsammlung der aktiven Ebene über ein breites Spektrum von Wellenlängen; Daher ist es sehr kritisch, zu wissen, wie gut abgestimmten vertikal ausgerichteten Zinkoxid (ZnO) NRs wachsen. Die Rauheit der Oberfläche der Samen Schicht unterhalb der NRs ZnO-Schicht hat einen großen Einfluss auf die Ausrichtung der NR-Arrays; Daher muss um gut orientierten NRs einzahlen, die Kristallisation der Samen Schicht genau kontrollierten9.
In dieser Arbeit werden die AZO Filme von Fernsehsektors-Frequency (RF) Sputtern Technik vorbereitet. Im Vergleich mit anderen Techniken, ist RF Sputtern bekannt, ist eine effiziente Technologie, die für die Industrie dafür übertragbar ist eine zuverlässige Abscheidung-Technik ermöglicht die Synthese von hoher Reinheit, gleichmäßige, glatte und selbsterhaltende AZO Dünnschichten zu wachsen über großflächige Substrate. Nutzung der RF Sputtern Ablagerung ermöglicht die Bildung von qualitativ hochwertigen AZO Filme, die hohen Kristallisation mit reduzierten Rauheit der Oberfläche aufweisen. Daher in das anschließende Wachstum-Schicht, die Ausrichtungen der NRs sind hoch ausgerichtet, umso mehr, wenn im Vergleich zu ZnO-Filme von der Sol-Gel-Methode bereit. Mit dieser Technik kann der PCE der invertierten niedermolekularer Solarzellen basierend auf gut abgestimmten vertikal ausgerichteten ZnO NR Arrays 6.01 % erreichen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Durch die Nutzung der NRs-Zwischenschicht, kann das J-sc und der FF der Geräte verbessert werden. Allerdings wird die Oberflächenrauhigkeit der NRs auch die nachfolgenden Prozessen beeinflusst. Daher sollte die Ausrichtung und die Morphologie der Oberfläche die NRs sorgfältig bearbeitet werden. Schon seit längerem verarbeitet das Sol-Gel ETL, wie TiO2 und ZnO in einheitlichen aufgrund ihrer einfachen Verfahren weit verbreitet waren. Jedoch die Kristallisation von Sol-Gel verarbeitet Schichten i…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchte National Science Council of China für die finanzielle Unterstützung dieser Forschung unter Vertragsnr. Die meisten 106-2221-E-239-035, und die meisten 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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