Ambient Methode voor de productie van een ionisch Gated koolstof nanobuis Common Cathode in Tandem organische zonnecellen

Polymer halfgeleiders zijn de leidende organische fotovoltaïsche (OPV) materialen als gevolg van hoge absorptievermogen, goede transport eigenschappen, flexibiliteit en compatibiliteit met temperatuurgevoelige ondergronden. OPV apparaat stroom omzettingsrendementen, η, aanzienlijk sprong in de afgelopen jaren, met een enkele cel efficiëntie zo hoog als 9,1% ^1, waardoor ze een steeds levensvatbare energietechnologie.

Ondanks de verbeteringen in η, de dunne optimale actieve laag diktes van de apparaten te beperken lichtabsorptie en belemmeren betrouwbare fabricage. Bovendien wordt de spectrale breedte van lichtabsorptie van elk polymeer beperkt in vergelijking met anorganische materialen. Koppelen polymeren met verschillende spectrale gevoeligheid omzeilt deze problemen, waardoor tandem architecturen ² een noodzakelijke innovatie.

Series tandem apparaten zijn de meest voorkomende tandem architectuur. In dit ontwerp, een elektron transport materialenal, een optionele metalen recombinatie laag en een gatentransportlaag verbinden twee onafhankelijke fotoactieve lagen genoemd subcellen. Het koppelen van sub-cellen in een serie configuratie verhoogt de nullastspanning van de combinatie-apparaat. Sommige groepen hebben succes met degenerately gedoteerde transport lagen ³ had ^{– 5,} maar meer groepen hebben die deeltjes van goud of zilver recombinatie van gaten en elektronen steun in de tussenlaag ^6,7.

Daarentegen parallel tandems vereisen een hoge geleidbaarheid elektrode, hetzij anode of kathode, die de twee actieve lagen. De tussenlaag moet zeer transparant zijn, welke serie tandem tussenlagen metallische deeltjes beperkt, en nog meer voor de parallelle tandem tussenlagen bestaande uit dunne, ononderbroken metalen elektroden. Koolstof nanobuisjes (CNT) platen vertonen een hogere transparantie dan metaal lagen. Dus de NanoTech Institute, in samenwerking met Shimane University, heeft introduced het concept van het gebruik als tussenlaag elektrode in monolithische, parallel tandem apparaten ^8.

Eerdere pogingen aanbevolen monolithische, parallel, tandem OPV apparaten met CNT bladen functioneren als tussenlaag anodes ^8,9. Deze methoden vereisen speciale zorg om kortsluiting van één of beide cellen of beschadiging voorgaande lagen te vermijden bij de neerlegging later lagen. De nieuwe methode beschreven in dit document verlicht fabricage door het plaatsen van de CNT elektrode bovenop de polymere actieve lagen van twee afzonderlijke cellen, vervolgens lamineren van de twee apparaten met elkaar zoals weergegeven in figuur 1. Deze werkwijze is opmerkelijk aangezien de inrichting, waaronder een air -stable CNT kathode, kan geheel worden gefabriceerd in omgevingscondities gebruik alleen droog en oplossing verwerking.

CNT platen zijn niet intrinsiek goed kathoden, als zij nodig hebben n-type dotering aan het werk functie om elektronen uit de foto-actieve regio verzamelen verlagenvan een zonnecel ^10. Elektrische dubbellaag laden in een elektrolyt, zoals een ionische vloeistof, kan worden gebruikt om verschuiving van de werkfunctie van CNT elektroden ^11-14.

Zoals beschreven in een voorgaande document ¹⁵ en in Figuur 2, wanneer de gate spanning (V _Gate) is toeneemt, wordt de werkfunctie van de CNT gemeenschappelijke elektrode af, waardoor elektrode asymmetrie. Dit voorkomt dat gat collectie uit de OPV's donor in het voordeel van het verzamelen van elektronen van acceptor de OPV's, en de apparaten worden ingeschakeld, het veranderen van inefficiënte photoresistor in fotodiode ¹⁵ gedrag. Voorts zij opgemerkt dat de energie gebruikt om het apparaat en de kracht verloren wegens gate lekstromen doorberekend triviaal vergeleken met de energie, opgewekt door de zonnecel ^15. Ionische gating van CNT elektroden heeft een groot effect op de werkfunctie te wijten aan de lage dichtheid van de staten en de hogeoppervlak tot volumeverhouding in CNT elektroden. Soortgelijke methoden zijn gebruikt om een Schottky barrière op het raakvlak van CNT met n-Si ¹⁶ verbeteren.