退火處理提高 P3HT 的: PCBM 聚合物太陽能電池 光電性能
實驗細節
• 將導電玻 璃經過酒精,丙酮
,去離子水清洗乾 淨後,用氮氣吹乾。
將清洗乾淨的導電 玻璃放在臭氧的環 境下處理
• 將
PEDOT
: PSS 旋塗在ITO 上在 200℃ 的 條件下熱處理 5 分 鐘去除PEDOT
: PSS 的薄膜中
• 將 P3HT 的和 與 PCBM 分別 溶於氯仿溶液
,濃度都為 10 毫克 :1 毫升
,充分溶解後
,將二者按體 積比為 1:1 的 比例混合,攪 拌均勻。最後 再旋轉塗佈上 去最後,熱蒸
結果與討論
從吸收光譜中可以觀察 到聚合物薄膜經退火後
,吸收峰紅移且吸收範 圍明顯展寬,特別是在 560 和 610 nm 的附 近
看出經過 120 和 150℃
退火的聚合物
薄膜在 500-650 納米範 圍內的吸收比 80℃ 退火
當退火溫度為 120℃ 時,衍 射強度是未經退火的 2.8 倍
,說明適當的退火溫度可有效 地改善 P3HT 的分子的排布方 式。
在 150℃ 退火的條件下,
聚合物薄膜衍射強度降低
,下降同時電池的性能也有 所
P3HT 的: PCBM 薄膜在 120℃ 退 火前後電池的開路電壓從 0.32 V 增大到了 0.64V ,短路電流密度 從 4.03 mA·cm-2 增大到了 10.25 mA·cm-2,
結論
• 退火可有效提高聚合物薄膜對太陽光的吸 收
• 適當溫度的退火有助於改善 P3HT 的分子排 布方式
• 退火可以提高填充因子
聚合物凝固時間延長,以改善聚合物 / 氧 化鋅奈米柱混合太陽能電池性能
結構
140nm 30nm
150nm P3HT PCBM=1:1
溶解溶液為二氯苯
240~400nm
結果與討論
旋轉塗佈率越慢,乾燥時間越長 (film 的凝固 )
顏色從橙色變成暗紫色 乾燥時間增加 5 至 54 分 主動層厚度從 240 至 400nm 轉速下降從 1000 至 400rpm
乾燥時間越慢,性能越好
乾燥時間最快的 (5min) Voc:0.48V
Jsc:8.4mA/cm2
乾燥時間最慢的 (54min) Voc:0.53V
Jsc:11.7mA/cm2
乾燥時間越長, PCE 、 FF 越高
乾燥時間 5 分
PCE:1.58% FF:39%
乾燥時間 54 分
PCE:3.58% FF:58%
乾燥時間越長, Voc 、 Jsc 越高
乾燥時間 5 分 Voc:0.48V Jsc:8.4mA/cm2 乾燥時間 54 分 Voc:0.53V
乾燥時間從 1 至 54 分
旋轉塗佈率從 2400 至 400rpm 乾燥時間變長 吸收光增加
Peck 轉移至長波長區 Peck 有紅移現象
可以明顯看出慢速乾燥比 快速乾燥有粗糙的表面 粗糙的表面有較高程度的 排序
增加的排序分子結構關聯 到電洞遷移率增加
導致主動層平衡的載子傳輸
在快速乾燥 ZnO 奈米柱和 polymer 之間還是有空隙存在
在慢速乾燥填補了 ZnO 奈米柱和 Polymer 的間距,因為延長了乾燥 時間,溼膜有很長時間有效滲入 ZnO奈米柱
結論
• 在延長乾燥時間後,有效提升 Voc 、 Jsc
、 FF 、 PCE ,慢速乾燥有較強的光吸收、
較粗糙的表面、 ZnO 奈米柱與有序的 polym er 之間有較好的接觸降低了 Rs 、提高 Jsc
、 FF 、 PCE 。
• 慢速乾燥雖然膜厚較厚, Rs 仍低於快速乾 燥
開發光學性質半透明陽極的 P3HT:PCB M 薄膜有機太陽能電池
實驗細節
將玻璃基板超音坡清洗泡丙 酮、異丙醇然後用去離子水 清洗乾淨後,用氮氣乾燥。
P3HT:PCBM 重量比 1:0.8 溶解在氯苯
鉻膜與金膜在高真空環境沉 積在玻璃基板
P3HT:PCBM 薄膜旋轉塗佈 在金薄膜鍍膜玻璃基板
金陽極旋轉塗佈
PEDOT:PSS 層厚度 30nm , PEDOT:PSS 塗層樣品加熱 110 度 5 分鐘將樣品移到高
真空室
結果與討論
Jsc明顯從 4.87mA/cm2 提升到 7.93mA/cm2 退火溫度分別在 30 度與 140 度
效率大幅提升從 0.64% 提升到 2.75%
反射率與透射率達到最低 導致最大吸收波長為 140 度
折射率從 2.03 下降至 1.81 消光係數從 0.35 提高至 0.47 在退火溫度 140 度
退火溫度 140 度有最好結晶度 與吸收系數
玻璃基板 /Cr(3nm)/Au(20nm) /PEDOT
(30nm)/P3HT:PCBM (100nm)/Al
吸收取決於退火溫度 可以明顯看出退火溫度 吸收系數上的差別
結論
• P3HT:PCBM 薄膜退火溫度變化,下降折射 率降低界面反射在 P3HT:PCBM 和 PEDOT
• 上升了消光係數增加了光波吸收在主動層
• 適當的退火溫度決定了總體效率