Méthode ambiante pour la production d'un ionique Gated nanotubes de carbone cathode commune dans les cellules solaires organiques Tandem

Semi-conducteurs polymères sont les principaux photovoltaïques organiques (OPV) matériaux raison de la forte capacité d'absorption, de bonnes propriétés de transport, la flexibilité, et la compatibilité avec des substrats sensibles à la température. Dispositif VPO efficacité de conversion de puissance, η, ont augmenté considérablement au cours des dernières années, avec l'efficacité des cellules simples aussi élevées que 9,1% ^1, les une technologie d'énergie de plus en plus viable faire.

Malgré les améliorations dans η, les minces optimales des épaisseurs de couches actives des dispositifs limitent l'absorption de lumière et empêchent la fabrication fiable. En outre, la largeur spectrale de l'absorption de lumière de chaque polymère est limitée par rapport aux matériaux inorganiques. Polymères appariement des différentes sensibilité spectrale contourne ces difficultés, ce qui rend les architectures en tandem ² Une innovation nécessaire.

Dispositifs série en tandem sont l'architecture en tandem le plus commun. Dans cette conception, un materi de transport d'électronsAl, une couche métallique de recombinaison facultatifs, et une couche de transport de trous relient deux couches photoactives indépendantes appelées sous-cellules. Liaison sous-cellules dans une configuration en série augmente la tension du dispositif de combinaison de circuit ouvert. Certains groupes ont eu du succès avec les couches de transport dégénéré dopées ^{3 – 5,} mais plusieurs groupes ont utilisé des particules d'or ou d'argent pour aider la recombinaison de trous et d'électrons dans la couche intermédiaire ^6,7.

En revanche, les tandems parallèles nécessitent une électrode à haute conductivité, soit anode ou de cathode, l'assemblage des deux couches actives. La couche intermédiaire doit être très transparent, ce qui limite les intercalaires en tandem de la série contenant des particules métalliques, et plus encore pour les intercalaires en tandem parallèles composées de fines électrodes métalliques continues. nanotubes de carbone (CNT) feuilles montrent une plus grande transparence de couches métalliques. Ainsi, le Nanotech Institute, en collaboration avec l'Université de Shimane, a introduit l'idée d'utiliser comme électrode de couche intermédiaire dans des dispositifs monolithiques, ⁸ parallèles en tandem.

Les efforts précédents sélectionnée monolithiques, parallèles, appareils tandem de VPO avec des feuilles CNT fonctionnant comme anodes entre les couches ^8,9. Ces méthodes nécessitent des soins spéciaux pour éviter un court-circuit d'un ou de deux cellules ou des couches précédentes dommageables au moment du dépôt des couches ultérieures. Le nouveau procédé décrit dans ce document facilite la fabrication en plaçant l'électrode CNT au-dessus des couches actives polymères de deux cellules individuelles, puis la stratification des deux dispositifs séparés ensemble comme représenté sur la figure 1. Ce procédé est remarquable que le dispositif, y compris l'air -stable cathode CNT, peut être fabriqué entièrement dans les conditions ambiantes en utilisant seulement le traitement à sec et solution.

Feuilles CNT ne sont pas intrinsèquement bonnes cathodes, car ils nécessitent dopage de type n de diminuer la fonction de travail afin de recueillir des électrons de la zone photosensibled'une cellule solaire ^10. À double couche électrique de charge dans un électrolyte, comme un liquide ionique, peut être utilisé pour déplacer la fonction de travail de CNT électrodes ^11-14.

Comme décrit dans un papier précédent et ¹⁵ représentée sur la figure 2, lorsque la tension de grille (V _Gate) est augmente, la fonction de travail de l'électrode commune CNT est diminuée, ce qui crée une asymétrie électrode. Cela empêche la collecte de trou de bailleur de fonds du VPO en faveur de la collecte des électrons de l'accepteur de l'OPV, et les appareils sous tension, changement de photorésistance inefficace dans photodiode ¹⁵ comportement. Il convient également de noter que l'énergie utilisée pour charger l'appareil et la puissance perdue en raison des courants de fuite de grille est insignifiant comparé à l'énergie produite par la cellule solaire ^15. Déclenchement ionique d'électrodes CNT a un grand effet sur la fonction de travail en raison de la faible densité d'états et la hauteaire de surface par rapport au volume dans les électrodes de CNT. Des procédés similaires ont été utilisées pour améliorer une barrière de Schottky à l'interface de CNT avec du n-Si ^16.