Хорошо выровнены вертикально ориентированных ZnO Nanorod массивы и их применение в Перевернутый малые молекулы солнечных батарей
Summary
Эта рукопись описывает способы проектирования и изготовления эффективной Перевернутый SMPV1:PC71BM солнечных батарей с ZnO наностержни (NRs) вырос на слое семян Аль легированных ZnO (Азо) высокого качества. Хорошо выровненные вертикально ориентированные ZnO ЯРБ экспонат высокие кристаллических свойства. Эффективность преобразования энергии солнечных элементов может достигать 6,01%.
Abstract
Эта рукопись описывает способы проектирования и изготовления эффективной Перевернутый солнечных батарей, которые основаны на двумерной конъюгированных малых молекул (SMPV1) и [6,6] – фенил – C71-масляной кислоты метилового эфира (PC71BM), используя наностержни ZnO (NRs) вырос на слое семян Аль легированных ZnO (Азо) высокого качества. Перевернутый SMPV1:PC71BM солнечных батарей с ZnO рупий, который вырос на распыленных и золь гель слой обработанных семян Азо изготовлены. По сравнению с Азо тонкой пленки, подготовленный золь гель методом, распыленных Азо тонкопленочных экспонатов лучше кристаллизации и Нижняя шероховатость поверхности, по данным рентгеновской дифракции (XRD) и атомно-силового микроскопа (AFM) измерений. Ориентация ЯРБ ZnO, выращенных на слое распыленных Азо семян показывает более вертикальное выравнивание, которая выгодна для осаждения последующих активного слоя, образуя лучше поверхности морфологии. Как правило поверхности морфологии активного слоя основном доминирует коэффициент заполнения (FF) устройств. Следовательно, хорошо выровненные ЯРБ ZnO может использоваться для улучшения сбора перевозчика активного слоя и увеличить FF солнечных батарей. Кроме того, как структура антибликовое также могут быть использованы для повышения света уборки поглощения слой, с эффективности преобразования энергии (PCE) солнечных батарей, достигнув 6,01%, выше, чем золь гель на основе солнечных батарей с эффективностью 4.74 %.
Introduction
Органические Фотоэлектрические устройства (ОПВ) недавно прошли замечательные достижения в области применения возобновляемых источников энергии. Такие органические устройства имеют много преимуществ, включая процесс решения совместимости, низкая стоимость, легкий вес, гибкость, и т.д.1,2,3,4,5 до сих пор, используя конъюгированные полимеры, смешивается с PC71BM6были разработаны полимерные солнечные (Чок) с ПХЭ более чем на 10%. По сравнению с полимерной основе Чок, малые молекулы на основе владения (SM-владения) привлекли больше внимания когда дело доходит до изготовления владения за счет их несколько различных преимуществ, включая четко определенных химических структур, снисходительный синтеза и очищение, и как правило выше холостого напряжение (Voc)7,8,9. В настоящее время структура 2-D конъюгированных малые молекулы 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) с БРЭ-T (бензо [1,2-b:4, 5-б ‘] dithiophene) как основного подразделения и 3-octylrodanine как электрон снятия конец группа10 был разработан и используется в смеси с PC71BM для перспективных устойчивого применения владения. PCE обычных малые молекулы солнечных батарей (SM-владения) на основе SMPV1 смешивается с PC71BM достиг более чем 8,0%10,11.
В прошлом PSC может укрепить и оптимизированы просто регулируя толщину активного слоя. Однако в отличие от Чок, SM-владения в целом имеют длины диффузии, который значительно ограничивает толщина активного слоя. Следовательно для дальнейшего увеличения короткий плотности тока (scJ) из SM-владения, используя нано структуры12 или ЯРБ9 для улучшения оптического поглощения SM-владения стало необходимым.
Среди этих методов антибликовое ЯРБ структура обычно эффективна для легкой уборки активного слоя в широком диапазоне длин волн; Таким образом зная, как вырастить хорошо выровнены вертикально ориентированных оксид цинка (ZnO) ЯРБ весьма критически. Шероховатость поверхности семян слой ниже слоя ZnO ЯРБ имеет большое влияние на ориентацию NR массивов; Таким образом чтобы депозит четко ориентированной НСП, кристаллизации семян слоя должна быть точно контролируемых9.
В этой работе Азо фильмы готовятся theRadio частота (RF) распыления технику. По сравнению с другими методами, распыления РФ как известно что эффективная технология, которая может передаваться в промышленности для его надежной осаждения техника, которая позволяет синтеза высокой чистоты, единообразных, гладкая и самодостаточной Азо тонких пленок расти над большой площади подложки. Используя РФ распыление осаждения позволяет формировать Азо фильмов высокого качества, которые демонстрируют высокие кристаллизации с снижение шероховатости поверхности. Таким образом, в слое последующего роста, ориентации НСП высоко выровняны, тем более, когда по сравнению с пленок ZnO, подготовленный золь гель методом. Используя эту технику, PCE Перевернутый малые молекулы солнечные батареи, основанные на хорошо выровнены вертикально ориентированных массивы ZnO NR может достигать 6,01%.
Protocol
Representative Results
Discussion
Используя ЯРБ прослойка, Jsc и FF устройств может быть улучшено. Однако шероховатость поверхности ЯРБ будет также влияют на последующие процессы. Таким образом следует тщательно манипулируют ориентацию и поверхности морфологии НСП. Для долгое время золь гель обработаны ETL, такие ка…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы хотели бы поблагодарить Национальный совет науки Китая за финансовую поддержку этого исследования по контракту № Большинство 106-2221-E-239-035 и большинство 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).
