两种方法优化有机太阳能电池课件

Efficientorganicsolarcellswithsolution-processedcarbonnanosheets

astransparentelectrodes高效有机太阳能电池用可溶液加工碳纳米薄膜作为透明电极大部分OSCs是以铟锡氧化物(ITO)为透明电极。目前研究的用来替代ITO的各种透明导电材料有：如导电聚合物2-4、金属纳米材料1,5、碳纳米管1,67-8等。而石墨烯(一种二维导电碳纳米片)因其很好的透明性、导电性和机械灵活性被认为是最有潜力的ITO替代材料。Appl.Phys.Lett.102,043304(2013)目前制备石墨烯最典型的两种方法：chemicalexfoliation(化学剥离法)：经过连续的氧化、剥离、还原过程；但是用化学法制备的石墨烯边缘含有氧化基团，导致薄膜表面电阻较大，故OSCs效率一般较低0.1%-1.27%chemicalvapordeposition(CVD)method(CVD法)：合成大面积高导电性石墨烯片，OSCs效率约为1.23%-2.6%

(1)石墨(黑色线条)氧化为夹层间距更大的氧化石墨(浅色线条)(2)在水中通过超声作用剥落氧化石墨得到氧化石墨烯胶体，该体系由于静电排斥作用而稳定存在(3)通过还原，氧化石墨烯胶体脱氧转化为导电的石墨烯胶体(a)氧化石墨烯溶液(b)对应的石墨烯溶液化学进展，第24卷，第4期，2012年4月化学法制备石墨烯水溶液流程图一种不用转移基底且不使用催化剂的方法来制备高质量、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摄氏度氧化两小时产生环化反应，

PAN结构碳氮三键转化为双键，产生一个六元环吡啶环。在H2/Ar混合气氛中，以5摄氏度/分钟的加热率加热直到1200摄氏度，环化薄膜碳化。氮、氰化物、氨被去除，环化聚合物形成环化聚合物链。(a)FabricationofCNS:aspin-coatedPANpolymerandstabilizationandcarbonizationprocesses(b)SchematicrepresentationofthefabricationsequenceforITO-freesolarcellswithasolution-processedCNSanodefilmPEDOT:PSS缓冲层旋涂在CNS薄膜表面，120摄氏度干燥10分钟。50mgP3HT、50mgPCBM溶解在2ml的1,2-邻二氯苯溶液中旋涂在PEDOT:PSS表面，氮气手套箱中操作。氮气气氛中120分钟溶剂退火处理和110摄氏度10分钟热退火。Ca(20nm)/Al(100nm)金属电极真空蒸发，真空度10-4Pa。测试四探针系统测量表面电阻，CNS紫外可见透射光谱由JascoV-570UV–vis/NIR分光光度计测量。原子力显微镜测量CNS薄膜厚度。

Keithley1200、AM1.5，光强100mW/cm2测量光伏特性，经过Si太阳能电池校准。(a)SheetresistanceandfilmthicknessasfunctionsofthePANconcentration.(b)OpticaltransmissionspectraofCNSfilmsasfunctionsofthePANconcentration.TheinsetshowsconductivitiesofCNSfilmsasfunctionsofthePANconcentration.FF与Rs和Rsh有关CNS薄膜较厚时透射率下降，比较薄的CNS薄膜使得活性层中的光子数量增加，从而激子和电流会增加。在欧姆接触的情况下，Voc是有给体HOMO和受体LUMO能级决定。总结本文在石英基底旋涂溶于DMF的PAN，经过环化、碳化等系列措施，产生CNS透明导电薄膜，以这种薄膜为电极制备BHJ有机太阳能电池。比一般的石墨烯导电薄膜制备的太阳能电池效率高(1.76%)。Immerseprecipitationasanefficientprotocoltooptimizemorphologyandperformanceoforganicsolarcells一种有效地优化有机太阳能电池形貌和性能的方法——浸没沉淀法对于体异质结太阳能电池，有机层的薄膜形貌对于器件性能的影响是很大的，因此，退火1、添加剂2、预聚集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，对传统的旋涂过程中，溶剂的处理也是一个很重要的因素，一般低沸点的溶剂可以直接挥发至空气中，但是对于沸点较高的溶剂，在高温烘烤的同时，也可以采用两相分离-萃取的方法来去除（通过使用一种与溶剂相溶解，但是与有机层不溶的溶剂）。Appl.Phys.Lett.101,233306(2012)Immerseprecipitation(IP)浸没沉淀法详解(1)旋涂(2)薄膜1，含有CF(氯仿)、DIO(二碘辛烷)(3)CF蒸发(4)薄膜2，含有DIO(5)滴入soakingsolvent(6)DIO被浸泡液溶解后，在旋涂过程中通过离心力作用被去除APPLIEDPHYSICSLETTERS101,233306(2012)实验：

器件结构：ITO/PEDOT:PSS/PCTDPP:PCBM/Al，ITO面电阻8.5

Ω/□,异丙醇、丙酮、酒精超声清洗，再经过紫外臭氧清洁，PEDOT:PSS旋涂在ITO表面，转速3000rpm，大气中150

°C

烘焙15

分钟。12.5mgPCTDPP:PCBM(1:1.5wt.%)溶入1mlCF:DIO(100:2vol.%),40oC搅拌14小时，1000rpm旋涂，活性层厚度经AFM测试80nm，最后蒸发Al电极。.FIG.3.器件表面粗糙度(a)A,(b)B,(c)C,and(d)D;器件活性层相位图(e)A,(f)B,(g)C,and(h)D.插图(c)表明存在针孔。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