以醇溶性钛螯合物为阴极修饰层的高效聚合物太阳能电池
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王福芝 (1980-),女,讲师,主要研究方向为聚合物光伏材料 与器件.

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国家自然科学基金(51303052)资助项目 (1.华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206; 2.华北电力大学 能源 安全与清洁利用北京市重点实验室,北京 102206)


Highly efficient polymer solar cells using alcohol soluble titanium chelate as electron collection layer
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    摘要:

    以醇溶性的钛螯合物乙酰丙酮氧钛(TOPD)为 电子收集层,聚3-己基噻吩(P3HT) 为电子给体,富勒烯衍生物(PC60BM或PC70BM)为电子受体,制备了高效本体 异质结聚合物 太阳电池。TOPD膜是通过旋涂TOPD异丙醇溶液,然后在空气中经60℃热退火15min 得到。通过优化TOPD层厚度及器件制备工艺,显著提高了聚合物太阳能电池的短路电流。 通 过引入TOPD电子收集层,使基于P3HT:PC60BM活性层的太阳能电池在AM1.5G、100 mW·cm-2的光照条件下光-电转换效率(PCE)由2.72%提高到 3.65%。用PC70BM代替PC60BM,可以使电 池的PCE进一步提高到3.96%。 PCE的提升主要归结于T OPD的层的引入可以提高电子传输速率并且可以降低电池的串联电阻。除此之外,TOPD替代 常用的低功率金属Ca作为阴极修饰材料,可以有效提高聚合物质太阳能电池器件的工作稳定 性。

    Abstract:

    An alcohol-soluble titanium chelate,T itanium (IV) oxide bis(2,4-pentanedionate) (TOPD),is used as electron collectio n layer instead of the low-work-function metal Ca to improve the stability of polymer solar cells (PSCs),where poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and fullerene de rivatives (PC60BM or PC70BM) are used as donor and acceptor material s.The TOPD film was prepared by spin-coating TOPD isopropanol solut ion on the photoactive layer,and then annealing it in air at 60℃ for 15min.By optimizing the thickne ss of TOPD layer and the device fabrication process,the Jsc of the PSCs can be significantly improved.By introducing TOPD as electron collection layer,the PCE of the P3HT:PC60BM-based PSCs can be enhance d from 2.72% to 3.65% under the illumination of AM1.5G,100mW·cm-2.When using PC70 BM instead of PC60BM as donor,the PCE of the device can be further improved to 3.96%.The improvement i n device performance can be mainly attributed to the enhancement in electron mob ility and the decre ase in the series resistance of the device upon insertion of TOPD buffer layer .In addition,PSCs with the TOPD cathode buffer layer exhibit a much higher stabi lity and longer lifetime compared with the devices using Ca as cathode.The resul ts indicate that the TOPD is a promising electron collection layer for PSCs.

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    引证文献
引用本文

王福芝,孙刚,谭占鳌.以醇溶性钛螯合物为阴极修饰层的高效聚合物太阳能电池[J].光电子激光,2014,(4):658~663

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  • 收稿日期:2013-09-13
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