将双阴极修饰层引入到有机太阳能电池

最近的一篇论文发表在杂志上能量演示了使用双阴极修饰层的可行性制造有机太阳能电池(osc)具有高的稳定性和效率。

研究:双阴极修饰改善有机太阳能电池的电荷传输与稳定。图片来源:nevodka / Shutterstock.com

背景

有机太阳能电池(osc)被认为是一个合适的候选人获得清洁能源,尤其是太阳能。领域的重大进步了osc近年来由于开发新的合成材料,形态控制有源层和设备结构优化。欧洲杯足球竞彩

此外,采用界面修饰层使高度稳定和有效的发展osc通过改善电极的电荷提取能力和调控有机活性层和电极之间的能量势垒。

聚(3,4 - (ethylenedioxy)噻吩):保利(styrenesulfonate) (PEDOT: PSS)是使用最广泛的作为阳极缓冲层材料在OSC制造由于其增强透明度的光谱响应范围和优越的运输能力。有机和无机材料作为改性材料的阴极缓冲层。欧洲杯足球竞彩

无机材料,包括金属氧欧洲杯足球竞彩化物,如氧化钛(TiO_X)和氧化锌),氟化锂(生活)和有机材料,如苝二酰亚胺衍生物(PDIN-o),聚((9,9-bis (3 - (N, N-欧洲杯足球竞彩dimethylamino)丙基)2,-alt-2 7-fluorene), 7 - (9, 9 -dioctylfluorene)] (PFN)和表面进行乙氧基(PEIE),通常是用作阴极缓冲层材料。

确保长期稳定和提高功率转换效率(PCE)的最重要的挑战是与发展中osc有关。安省证监会一生可以提高通过减少氧气和水分造成的损害的程度。不同的方法,如设备封装和疏水性有机物的合成,长期被认为是提高设备的稳定性。欧洲杯足球竞彩

其中,电极修饰层管理被认为是一个更合适的方法来防止氧气分子和水分的渗透到设备,影响电极和活跃的层。因此,这种方法可以起到至关重要的作用在提高设备的稳定性和效率。

这项研究

在这项研究中,研究人员介绍了创新双阴极修饰层来提高osc的稳定和电荷传输。他们使用了氧化锡(IV) (SnO₂)/氧化锌双阴极修饰层成non-fullerene OSC基于3 9-bis (2-methylene - ((3 - (1, 1-dicyanomethylene) 6、7-difluoro) -indanone)) 5、5、11日11-tetrakis (4-hexylphenyl) -dithieno [2, 3 d: 2 ', 3 ' - d '] -s-indaceno [1、2 b: 5、6 b '] dithiophene (IT-4F)受体和聚(2,6 - (4,8-bis (5 - (2-ethylhexyl-3-chloro) thiophen-2-yl)苯并[1、2 b: 4、5 b '] dithiophene) alt - (5 5 - (1 ', 3 ' -di-2-thienyl-5 ', 7 ' bis (2-ethylhexyl)苯并[1 ',2 ' - c: 4 ', 5 ' - c '] dithiophene-4, 8-dione)] (PM7)作为供体(PM7: IT-4F)和氧化锌/ SnO的影响调查₂膜的电荷载体传递太阳能设备。

虽然无机双阴极修饰层以前用于太阳能电池基于其他材料,如钙钛矿,这种改性层介绍了PM7: IT-4F-based osc首次。欧洲杯足球竞彩

邻二甲苯(牛)作为活性溶剂层,而三氧化钼(牛叫声₃)和氧化锌/ SnO₂被用来准备阳极缓冲层和电子传递层,分别。可,反应合成氧化锌propane-1 2-aminoethanol,乙酸锌二水合物通过溶胶-凝胶方法。

最初,PM7与IT-4F溶液混合瓶在1.25:1的质量比,和二氯甲烷被加入到合成混合物。瓶子被留在一个手套箱与高纯度氮气彻底干燥的混合物。随后,受体和供体材料被搅拌溶解在牛6 h 60欧洲杯足球竞彩^oC。

osc捏造使用三种类型的阴极修饰层,包括SnO₂、氧化锌和氧化锌/ SnO₂。他们出现倒置的结构组成的氧化铟锡(ITO) /缓冲层/ PM7: IT-4F /牛叫声₃/银。

所有设备在清洁合成ITO-coated玻璃基板。ITO-coated基质是使用高纯氮气清洗后晾干,然后受到紫外线(UV)臭氧治疗8分钟。

随后,缓冲层是spin-coated阴极修饰层ITO-coated基质使用溶胶-凝胶方法治疗。结构与SnO₂/氧化锌层是180年退火为40分钟^o与SnO C,而结构₂200年60分钟和氧化锌退火^o在150 C和30分钟^oC,分别。

PM7: IT-4F层spin-coated在ITO /阴极修饰层制作电影和干30分钟合成干活性层薄膜。好了ITO /阴极修饰层/主动层被放置在一个热蒸发镀膜仪和真空的1.5×10⁻⁶托。最终,MoO₃和银沉积先后装配式结构作为阳极缓冲层和阳极,分别。

研究人员测量osc中的每一层的厚度,记录了PM7: IT-4F膜紫外可见吸收光谱与各种电子传输层氧化锌和SnO等₂/氧化锌,得到当前density-voltage (jv)特性曲线和外部量子效率曲线的制作设备,并测量了photo-generated电荷提取通过线性增加电压(photo-CELIV)和瞬态光电流/瞬态光电压(TPC /冠捷)的制造设备。

观察

反演osc基于PM7: IT-4F系统具有高稳定性和效率是成功使用氧化锌/ SnO制作的₂电影作为一个双阴极修饰层。设备与氧化锌/ SnO₂双阴极修饰层展示了两单SnO优势₂和氧化锌薄膜。

SnO氧化锌覆盖₂电影有效地钝化SnO₂表面缺陷,堵塞漏洞,促进更高效的电子传输。的SnO₂/氧化锌双改性层提高了OSC PCE填充因数70% 12.91% 0.92 V开路电压,和20.04 mA /厘米²短路电流密度比单一改性层。

减少和活性层和电极之间的能量势垒降低界面层附近的陷阱导致有效电荷收集和传输和抑制电荷复合层附近的活跃。

一个密集的SnO₂/氧化锌改性层防止渗透活性物质的电极,有效减少了氧气和水的渗透到活跃层/改性层界面,减少暗退化的速度在空气和氮气氛围17%和7%,分别。

总而言之,这项研究的结果有效地演示了使用双阴极修饰层的可行性制作osc高稳定性和效率。此外,研究还阐述了机制,通过阴极修饰可以提高设备稳定性,从而为未来提供见解OSC界面改性的研究。

源

林,T。、戴、t双阴极修饰改善有机太阳能电池的电荷传输与稳定。能量2022年。https://www.mdpi.com/1996-1073/15/20/7643

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