兩種方法優(yōu)化有機太陽能電池課件

Efficientorganicsolarcellswithsolution-processedcarbonnanosheets

astransparentelectrodes高效有機太陽能電池用可溶液加工碳納米薄膜作為透明電極大部分OSCs是以銦錫氧化物(ITO)為透明電極。目前研究的用來替代ITO的各種透明導電材料有：如導電聚合物2-4、金屬納米材料1,5、碳納米管1,67-8等。而石墨烯(一種二維導電碳納米片)因其很好的透明性、導電性和機械靈活性被認為是最有潛力的ITO替代材料。Appl.Phys.Lett.102,043304(2013)目前制備石墨烯最典型的兩種方法：chemicalexfoliation(化學剝離法)：經(jīng)過連續(xù)的氧化、剝離、還原過程；但是用化學法制備的石墨烯邊緣含有氧化基團，導致薄膜表面電阻較大，故OSCs效率一般較低0.1%-1.27%chemicalvapordeposition(CVD)method(CVD法)：合成大面積高導電性石墨烯片，OSCs效率約為1.23%-2.6%

(1)石墨(黑色線條)氧化為夾層間距更大的氧化石墨(淺色線條)(2)在水中通過超聲作用剝落氧化石墨得到氧化石墨烯膠體，該體系由于靜電排斥作用而穩(wěn)定存在(3)通過還原，氧化石墨烯膠體脫氧轉(zhuǎn)化為導電的石墨烯膠體(a)氧化石墨烯溶液(b)對應(yīng)的石墨烯溶液化學進展，第24卷，第4期，2012年4月化學法制備石墨烯水溶液流程圖一種不用轉(zhuǎn)移基底且不使用催化劑的方法來制備高質(zhì)量、可溶液加工的石墨烯薄膜——CNS

聚丙烯晴(PAN)溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，旋涂在石英基片上。旋涂后的PAN薄膜，250攝氏度氧化兩小時產(chǎn)生環(huán)化反應(yīng)，

PAN結(jié)構(gòu)碳氮三鍵轉(zhuǎn)化為雙鍵，產(chǎn)生一個六元環(huán)吡啶環(huán)。在H2/Ar混合氣氛中，以5攝氏度/分鐘的加熱率加熱直到1200攝氏度，環(huán)化薄膜碳化。氮、氰化物、氨被去除，環(huán)化聚合物形成環(huán)化聚合物鏈。(a)FabricationofCNS:aspin-coatedPANpolymerandstabilizationandcarbonizationprocesses(b)SchematicrepresentationofthefabricationsequenceforITO-freesolarcellswithasolution-processedCNSanodefilmPEDOT:PSS緩沖層旋涂在CNS薄膜表面，120攝氏度干燥10分鐘。50mgP3HT、50mgPCBM溶解在2ml的1,2-鄰二氯苯溶液中旋涂在PEDOT:PSS表面，氮氣手套箱中操作。氮氣氣氛中120分鐘溶劑退火處理和110攝氏度10分鐘熱退火。Ca(20nm)/Al(100nm)金屬電極真空蒸發(fā)，真空度10-4Pa。測試四探針系統(tǒng)測量表面電阻，CNS紫外可見透射光譜由JascoV-570UV–vis/NIR分光光度計測量。原子力顯微鏡測量CNS薄膜厚度。

Keithley1200、AM1.5，光強100mW/cm2測量光伏特性，經(jīng)過Si太陽能電池校準。(a)SheetresistanceandfilmthicknessasfunctionsofthePANconcentration.(b)OpticaltransmissionspectraofCNSfilmsasfunctionsofthePANconcentration.TheinsetshowsconductivitiesofCNSfilmsasfunctionsofthePANconcentration.FF與Rs和Rsh有關(guān)CNS薄膜較厚時透射率下降，比較薄的CNS薄膜使得活性層中的光子數(shù)量增加，從而激子和電流會增加。在歐姆接觸的情況下，Voc是有給體HOMO和受體LUMO能級決定?？偨Y(jié)本文在石英基底旋涂溶于DMF的PAN，經(jīng)過環(huán)化、碳化等系列措施，產(chǎn)生CNS透明導電薄膜，以這種薄膜為電極制備BHJ有機太陽能電池。比一般的石墨烯導電薄膜制備的太陽能電池效率高(1.76%)。Immerseprecipitationasanefficientprotocoltooptimizemorphologyandperformanceoforganicsolarcells一種有效地優(yōu)化有機太陽能電池形貌和性能的方法——浸沒沉淀法對于體異質(zhì)結(jié)太陽能電池，有機層的薄膜形貌對于器件性能的影響是很大的，因此，退火1、添加劑2、預聚集3以及界面工程4,5等方法被研究以形成理想的薄膜形貌。此外，對傳統(tǒng)的旋涂過程中，溶劑的處理也是一個很重要的因素，一般低沸點的溶劑可以直接揮發(fā)至空氣中，但是對于沸點較高的溶劑，在高溫烘烤的同時，也可以采用兩相分離-萃取的方法來去除（通過使用一種與溶劑相溶解，但是與有機層不溶的溶劑）。Appl.Phys.Lett.101,233306(2012)Immerseprecipitation(IP)浸沒沉淀法詳解(1)旋涂(2)薄膜1，含有CF(氯仿)、DIO(二碘辛烷)(3)CF蒸發(fā)(4)薄膜2，含有DIO(5)滴入soakingsolvent(6)DIO被浸泡液溶解后，在旋涂過程中通過離心力作用被去除APPLIEDPHYSICSLETTERS101,233306(2012)實驗：

器件結(jié)構(gòu)：ITO/PEDOT:PSS/PCTDPP:PCBM/Al，ITO面電阻8.5

Ω/□,異丙醇、丙酮、酒精超聲清洗，再經(jīng)過紫外臭氧清潔，PEDOT:PSS旋涂在ITO表面，轉(zhuǎn)速3000rpm，大氣中150

°C

烘焙15

分鐘。12.5mgPCTDPP:PCBM(1:1.5wt.%)溶入1mlCF:DIO(100:2vol.%),40oC攪拌14小時，1000rpm旋涂，活性層厚度經(jīng)AFM測試80nm，最后蒸發(fā)Al電極。.FIG.3.器件表面粗糙度(a)A,(b)B,(c)C,and(d)D;器件活性層相位圖(e)A,(f)B,(g)C,and(h)D.插圖(c)表明存在針孔。FIG.4.UV-visibleabsorptionspectraofactivelayersfromdeviceA,B,C,andD.[1]G.Li,V.Shrotriya,J.Huang,Y.Yao,T.Moriarty,K.Emery,andY.Yang,Nat.Mater.4(11),864(2005).[2]J.KwanLee,W.L.Ma,C.J.Brabec,J.Yuen,J.S.Moon,J.Y.Kim,K.Lee,G.C.Bazan,andA.J.Heeger,J.Am.Chem.Soc.130(11),3619(2008).[3]L.Zuo,X.Hu,T.Ye,T.Andersen,H.Li,M.Shi,M.Xu,J.Ling,Q.Zheng,J.Xu,E.Bundgaard,F.C.Krebs,andH.Z.Chen,J.Phys.Chem.C116(32),16893–16900(2012).[4]Y.Sun,S.Chien,H.Yip,K.Chen,Y.Zhang,J.A.Davies,F.Ch