整列垂直方向に配向 ZnO ナノロッド配列と反転小さな分子の太陽電池の応用
Summary
本稿では、設計および高品質 Al ドープ ZnO (AZO) シード層上に成長した ZnO ナノロッド (陸) の効率的な逆 SMPV1:PC71BM 太陽電池を作製する方法をについて説明します。縦方向に ZnO 陸展示高結晶性、配向。太陽電池の電力変換効率は、6.01% に達することができます。
Abstract
この原稿は、設計および二次元共役小分子 (SMPV1) に基づく効率的な反転した太陽電池を作製する方法をについて説明しますと [6,6] – フェニル – C71-ZnO ナノロッド (NRs) を用いた酪酸メチル ・ エステル (PC71BM)、高品質 Al ドープ ZnO (AZO) シード層上に成長しました。両方スパッタとゾル-ゲル加工アゾ シード層成長 ZnO 陸と逆 SMPV1:PC71BM 太陽電池を作製しました。ゾル-ゲル法により作製した AZO 薄膜と比較して作製した AZO 薄膜の展示より結晶化と x 線回折 (XRD)、原子間力顕微鏡 (AFM) 測定によると、下部の表面粗さ。スパッタ アゾ シード層上に成長した ZnO 陸の方向より良い表面形態を形成、その後能動層の堆積のために有益であるより垂直方向の配置を示しています。一般的に、アクティブなレイヤーの表面の形態は主にデバイスの fill factor の値 (FF) を支配します。その結果、配向 ZnO 陸は、活性層のキャリアのコレクションを改善するために、太陽電池の FF を増加する使用できます。また、反射防止構造としてこの 6.01%、4.74 の効率の太陽電池を用いたゾル-ゲルよりも高いに達した太陽電池の電力変換効率 (PCE) に吸収層の光の収穫を高めるためにも利用することができます。%.
Introduction
有機太陽光発電 (OPV) デバイスは最近再生可能エネルギー アプリケーションの著しい発展を受けています。このような有機デバイス互換性ソリューション プロセス、低コスト、軽量、柔軟性、等1,2,3,4、5 、今までを含めて多くの利点があります。10% 以上の PCE のポリマー太陽電池 (Psc) は、PC71BM6配合導電性高分子を用いて開発されています。Psc のポリマー系と比較して、小さな分子に基づく OPVs (SM OPVs) 注目を集めているより明確に定義された化学構造、簡易合成と精製を含む彼らのいくつかのメリットのため OPVs を製造するとき、一般的に高い開回路電圧 (Voc)7,8,9。現時点では、2 D 構造共役分子 SMPV1 (2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2′:5,2 ‘ BDT t-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene) (ベンゾ [1, 2-b:4, 5 b’]ナフトジチオフェン誘導) コアユニットと 3-octylrodanine 電子エンド グループ10 PC71BM 有望な持続可能な OPVs アプリケーションのために設計され、使用ブレンドをされています。従来の小さい分子太陽電池 (SM OPVs) を PC71BM 配合 SMPV1 に基づいての PCE 8.010,11以上に達しています。
過去には、Psc 強化できアクティブな層の厚さを調整することによって単に最適化します。ただし、Psc とは異なり SM OPVs は一般に短い拡散の長さは、アクティブなレイヤーの厚さを大幅に制限をあります。したがって、SM OPVs の短い電流密度 (Jsc) を増やす、ナノ構造12または陸9を利用した SM OPVs の光吸収を改善するために必要となった。
これらのメソッドの間で反射防止陸構造は一般に波長の広い範囲にわたってアクティブなレイヤーの集光の効果的ですしたがって、整列垂直配向酸化亜鉛 (ZnO) 陸を成長する方法を知ることは非常に重要です。ZnO 陸層以下シード層の表面粗さは、NR 配列の方向に大きな影響したがって、配向の NRs を預金するためにシード層の結晶化は正確に制御された9をする必要があります。
この作業で無線周波数 (RF) スパッタ法による AZO 薄膜が楽しめます。他の技術と比較して、それを産業に譲渡することは、効率的な技術、高純度、均一な滑らかで、自己持続可能な AZO 薄膜の成長合成を可能にする信頼性の高い蒸着法知られている RF スパッタリング法大面積表面。RF スパッタ成膜を利用した表面の粗さの減少高結晶化を示す高品質 AZO 薄膜の形成可能。 にします。したがって、その後の成長層の NRs の向きは高配向、ゾル-ゲル法により作製した ZnO 薄膜と比較されたときはなおさら。この手法を使用して、整列垂直配向 ZnO NR 配列に基づいて逆の小分子太陽電池の PCE は 6.01% に達することができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
陸中間層を用いた Jscとデバイスの FF の両方を向上できます。ただし、陸の表面粗さもその後の工程に影響します。したがって、NRs の表面形状および配向を慎重に操作にはなりません。長い時間ゾル-ゲルの ETL 処理 TiO2と ZnO 一般的に使われた Psc での簡単な手続きのためなど。しかし、ゾル-ゲル処理層の結晶化は一般にアモルファス型の層の表面の形態は場合の大半でラフ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは契約番号の下でこの研究の支援のため中国の国家科学審議会を感謝したいです。ほとんど 106-2221-E-239-035 とほとんど 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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