İyi hizalanmış dikey odaklı ZnO Nanorod diziler ve kendi uygulama içinde ters küçük molekül güneş hücreleri
Summary
Bu el yazması, tasarım ve verimli ters SMPV1:PC71BM güneş hücreleri bir yüksek kaliteli Al-katkılı ZnO (AZO) tohum katman üzerinde yetiştirilen ZnO nanorods (NRs) ile imal açıklar. İyi hizalanmış dikey odaklı ZnO NRs sergi yüksek kristal özellikleri. Güç dönüşüm verimliliği güneş hücreleri %6,01 ulaşabilirsiniz.
Abstract
Bu el yazması tasarlayıp verimli ters güneş hücreleri, bir iki boyutlu konjuge küçük molekül üzerinde (SMPV1) temel alan imal açıklar ve [6,6] – fenil – C71-bütirik asit metil ester (PC71BM), ZnO nanorods (NRs) kullanan tarafından bir yüksek kaliteli Al-katkılı ZnO (AZO) tohum katman üzerinde büyüdü. Ters SMPV1:PC71BM güneş hücreleri her iki bir sputter ve sol-jel işlenmiş AZO tohum katman üzerinde büyüdü ZnO NRs ile imal edilmiştir. Sol-jel yöntemiyle hazırlanan AZO ince film ile karşılaştırıldığında, sputter AZO ince film daha iyi kristalizasyon ve x-ışını kırınım (XRD) ve Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) ölçümleri göre daha düşük yüzey pürüzlülüğü sergiler. Daha iyi yüzey türleri Morfoloji şekillendirme sonraki etkin katman ifade için yararlıdır daha iyi dikey hizalama, bir sputter AZO tohum katman üzerinde yetiştirilen ZnO NRs yönünü gösterir. Genel olarak, etkin katmanın yüzey morfolojisi esas olarak cihazların doldurma faktörü (FF) hakimdir. Sonuç olarak, iyi hizalanmış ZnO NRs etkin katmanın taşıyıcı koleksiyonu geliştirmek ve güneş hücreleri FF artırmak için kullanılabilir. Ayrıca, bir anti-refle yapısı, bu da ışık emilimi tabakası ile %6,01, sol-jel güneş hücreleri 4,74 bir verimlilik ile alan daha yüksek ulaşan güneş hücrelerinin güç dönüşüm verimliliği (PCE) hasat geliştirmek için yararlı olabilir %.
Introduction
Organik fotovoltaik (OPV) aygıtları son zamanlarda uygulama yenilenebilir enerji kaynaklarının dikkate değer gelişmeler uğramıştır. Organik Kuru cihazlar dahil çözüm işlemini uyumluluk, düşük maliyetli, hafif ağırlık, esneklik, vb1,2,3,4,5 şu ana kadar pek çok avantajı var, Polimer güneş hücreleri (PSC) fazla % 10 PCE ile PC71BM6ile harmanlanmış konjüge polimerler kullanarak geliştirilmiştir. OPVs iyi tanımlanmış kimyasal yapıları, facile sentezi ve arıtma, dahil olmak üzere, birkaç farklı avantajlar nedeniyle imalatı için geldiğinde polimer esaslı PSC’ler için karşılaştırıldığında, küçük molekül tabanlı OPVs (SM-OPVs) daha fazla ilgisini çekti var ve genellikle daha yüksek açık devre gerilimi (Voc)7,8,9. Şu anda, bir 2-B yapı Birleşik küçük molekül SMPV1 (2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2′:5,2”-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene) BDT-T ile (benzo [1,2-b:4, 5-b’] dithiophene) ile PC71BM umut verici sürdürülebilir OPVs uygulama için tasarlanmış ve kullanılan karışım olarak çekirdek birimi ve 3-octylrodanine elektron çekilmesi sonu-grup10 olarak olmuştur. Geleneksel küçük molekül güneş hücreleri (SM-OPVs) PC71ile BM harmanlanmış SMPV1 temel PCE %8.010,11daha ulaştı.
Geçmişte, PSC’ler artırılmış ve etkin katman kalınlığı ayarlayarak en iyi duruma getirilmiş. Ancak, PSC’ler, SM-OPVs genel olarak büyük ölçüde etkin katman kalınlığı sınırlar daha kısa Difüzyon uzunluğa sahip. Bu nedenle, kısa akım yoğunluğu (Jsc) SM-OPVs daha da artırmak için nano-yapısı12 veya NRs9 SM-OPVs optik emilimini artırmak için kullanmak gerekli oldu.
Bu yöntemler arasında anti-refle NRs yapısı genellikle hafif aktif tabakası dalga boylarında geniş bir aralığında hasat için etkilidir; Bu nedenle, nasıl iyi hizalanmış dikey olarak yönlendirilmiş çinko oksit (ZnO) NRs büyümeye bilmek çok önemlidir. Tohum katman ZnO NRs katmanın altında yüzey pürüzlülüğü NR diziler yönünü büyük bir etkisi vardır; Bu nedenle, iyi yönlendirmeli NRs mevduat için tohum katman kristalleşme tam kontrollü9olması gerekir.
Bu çalışmada, AZO filmleri theRadio tekniği SAÇTIRMA frekanslı tarafından (RF) hazırlanır. Diğer teknikleri ile karşılaştırıldığında, RF SAÇTIRMA devredilemez sektörüne bunun için verimli bir teknoloji büyümek için yüksek saflıkta, düzgün, pürüzsüz ve kendi kendine sürdürülebilir AZO ince filmler sentezini sağlayan bir güvenilir ifade tekniktir olduğu bilinmektedir geniş bir alan yüzeyler üzerinde. SAÇTIRMA biriktirme RF kullanan yüksek kristalizasyon düşük yüzey pürüzlülüğü ile sergi yüksek kaliteli AZO filmlerin şekillendirme sağlar. Bu nedenle, sonraki büyüme katmanda NRs yönelimleri son derece uyumlu, daha çok zaman sol-jel yöntemiyle hazırlanan ZnO filmleri karşılaştırılır. Bu tekniği kullanarak, PCE iyi hizalanmış dikey olarak yönlendirilmiş ZnO NR diziler üzerinde dayalı ters küçük molekül güneş hücrelerinin %6,01 ulaşabilirsiniz.
Protocol
Representative Results
Discussion
NRs interlayer kullanarak, Jsc ve FF cihazlar geliştirilebilir. Ancak, NRs yüzey pürüzlülüğü sonraki süreçleri de etkileyecektir. Böylece, yönlendirmesini ve NRs yüzey morfolojisi dikkatle manipüle edilebilir. TiO2 ve ZnO PSC’ler içinde onların basit işlemleri nedeniyle yaygın olarak kullanılan gibi uzun bir süre için sol-jel ETL işlem. Ancak, sol-jel işleme katmanları kristalleşme genellikle amorf türüdür ve katmanları yüzey morfolojisi vakaların çoğunda kötüymü?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Ulusal Bilim Konseyi Çin Sözleşme No altında Bu araştırmanın maddi destek için teşekkür etmek istiyorum ÇOĞU 106-2221-E-239-035 ve çoğu 106-2119-M-033-00.
Materials
| AZO target | Ultimate Materials Technology Co., Ltd. | none | AZO (2 wt% Al2O3 in ZnO) , 3”ψx 3mmt + 3mmt Cu B/P + Bonding |
| SMPV1 | Luminescence Technology Corp. | 1651168-29-4 | 2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene |
| RF sputtering system | Kao Duen Technology Co., Ltd | none | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| Zinc Acetate Dihydrate | J. T. Baker | 5970456 | 4.39 g |
| Monoethanolamine | J. T. Baker | 141435 | 1.22 g |
| 2-methoxyethanol | Sigma-Aldrich | 109864 | 40 mL |
| Zinc Nitrate Hexahydrate | J. T. Baker | 10196186 | 1.49 g |
| Hexamethylenetetramine | Sigma-Aldrich | 100-97-0 | 0.7 g |
| Indium tin oxide (ITO) | RiTdisplay | none | coated glass substrates (<10 Ω sq–1) |
| AFM | Veeco | Innova SPM | |
| SEM | FEI | Nova 200 NanoSEM | operation voltage: 10 kV |
| XRD | Bruker | D8 X-ray diffractometer | 2θ range: 10–90 °; step size: 0.008 ° |
| PL | Horiba | Jobin-Yvon HR800 | excitation source: 325 nm UV Laser 20 mW |
| solar simulator | Newport | 91192A | AM 1.5G |
| Precision Semiconductor Parameter Analyzer | Keysight Technologies | Agilent 4156C | sweep from -1 to +1 V |
| toluene | Sigma-Aldrich | 108-88-3 | 1 mL |
| PC71BM | Sigma-Aldrich | 609771-63-3 | 11.25 mg |
| Thermal evaporation system | Kao Duen Technology Co., Ltd | Kao Duen PVD System | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| HCl | Sigma-Aldrich | 7647-01-0 | |
| MoO3 | Alfa Aesar | 1313-27-5 | 99.50% |
| silver ingot | ADMAT Inc. | none | 100.00% |
| Thin Film Deposition Controller | INFICON | XTC | |
| anti-corrosion tape (Polyimide Film) | 3M Taiwan Corporation | none | http://solutions.3m.com.tw/wps/portal/3M/zh_TW/InsulatingTape/home/product/Polyimide/ |
| spin-coater | Chemat Technology, Inc | KW-4A | http://www.chemat.com/chematscientific/KW-4A.aspx |
References
- Dou, L., et al. Tandem polymer solar cells featuring a spectrally matched low-bandgap polymer. Nat. Photonics. 6 (3), 180-185 (2012).
- You, J., et al. Metal Oxide Nanoparticles as an Electron-Transport Layer in High Performance and Stable Inverted Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 24 (38), 5267-5272 (2012).
- Dou, L., et al. Systematic Investigation of Benzodithiophene- and Diketopyrrolopyrrole-Based Low-Bandgap Polymers Designed for Single Junction and Tandem Polymer Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 134 (24), 10071-10079 (2012).
- Li, G., Zhu, R., Yang, Y. Polymer solar cells. Nat. Photonics. 6 (3), 153-161 (2012).
- You, J., et al. A polymer tandem solar cell with 10.6% power conversion efficiency. Nat. Commun. 4, 1446 (2013).
- Chen, J. D., et al. Single-Junction Polymer Solar Cells Exceeding 10% Power Conversion Efficiency. Adv. Mater. 27 (6), 1035-1041 (2015).
- Zhang, H., et al. Developing high-performance small molecule organic solar cells via a large planar structure and an electron-withdrawing central unit. Chem. Commun. 53, 451-454 (2017).
- Zhou, H., et al. Conductive Conjugated Polyelectrolyte as Hole-Transporting Layer for Organic Bulk Heterojunction Solar Cells. Adv. Mater. 26 (5), 780-785 (2014).
- Lin, M. Y., et al. Enhance the light-harvesting capability of the ITO-free inverted small molecule solar cell by ZnO nanorods. Opt. Express. 24 (16), 17910-17915 (2016).
- Liu, Y., et al. Solution-processed small-molecule solar cells: breaking the 10% power conversion efficiency. Sci. Rep. 3, 3356 (2013).
- Farahat, M. E., et al. Toward environmentally compatible molecular solar cells processed from halogen-free solvents. J. Mater. Chem. A Mater. Energy Sustain. 4 (19), 7341-7351 (2016).
- Lin, M. Y., et al. Plasmonic ITO-free polymer solar cell. Opt. Express. 22 (S2), A438-A445 (2014).
- Donato, A., et al. RF sputtered ZnO-ITO films for high temperature CO sensors. Thin Solid Films. 517 (22), 6184-6187 (2009).
- Lin, M. Y., et al. Sol-gel processed CuOx thin film as an anode interlayer for inverted polymer solar cells. Org. Electron. 11 (11), 1828-1834 (2010).
- Vandewal, K., et al. On the origin of the open-circuit voltage of polymer-fullerene solar cells. Nat. Mater. 8, 904-909 (2009).
- Sharma, R., et al. X-ray diffraction: a powerful method of characterizing nanomaterials. Recent Research in Science and Technology. 4 (8), 77-79 (2012).
- Huggett, J. M., Shaw, H. F. Field emission scanning electron microscopy a high-resolution technique for the study of clay minerals in sediments. Clay Miner. 32, 197-203 (1997).
- Lou, S., et al. Laser beam homogenizing system design for photoluminescence. Appl. Opt. 53 (21), 4637-4644 (2014).
- Huang, J. S., Lin, C. F. Influences of ZnO sol-gel thin film characteristics on ZnO nanowire arrays prepared at low temperature using all solution-based processing. J. Appl. Phys. 103, 014304 (2008).
- Leung, S. F., et al. Light Management with Nanostructures for Optoelectronic Devices. J. Phys. Chem. Lett. 5, 1479-1495 (2014).
- Lee, C. Y., et al. White-light electroluminescence from ZnO nanorods/polyfluorene by solution-based growth. Nanotechology. 20 (42), (2009).
