Metodo ambiente per la produzione di un ionicamente Gated Nanotubi di carbonio catodo comune in celle solari tandem Organic

Semiconduttori polimerici sono i principali fotovoltaico organico (OPV) materiali a causa di elevato assorbimento, buone proprietà di trasporto, flessibilità e compatibilità con i substrati sensibili alla temperatura. Dispositivi OPV efficienza di conversione di potenza, η, hanno saltato in modo significativo negli ultimi anni, con l'efficienza delle celle singole più in alto del 9,1% ^1, che li rende una tecnologia energetica sempre più valida.

Nonostante i miglioramenti nella η, i sottili spessori ottimali attivi dei dispositivi limitano l'assorbimento della luce e impediscono la fabbricazione affidabile. Inoltre, la larghezza spettrale di assorbimento della luce di ciascun polimero è limitato rispetto ai materiali inorganici. Abbinamento polimeri di diversa sensibilità spettrale scavalca queste difficoltà, rendendo architetture tandem ² una innovazione necessaria.

Dispositivi tandem della serie sono l'architettura più comune tandem. In questo disegno, un materiale di trasporto degli elettronial, uno strato metallico ricombinazione opzionale, e un livello di trasporto buco collegano due strati fotoattivi indipendenti dette sotto-cellule. Collegamento sub-celle in configurazione serie aumenta la tensione a circuito aperto del dispositivo combinato. Alcuni gruppi hanno avuto successo con livelli di trasporto degenerately drogati ^{3 – 5,} ma più gruppi hanno usato le particelle di oro o argento per favorire la ricombinazione di buche ed elettroni l'intercalare ^6,7.

Al contrario, tandem paralleli richiedono un elettrodo ad alta conducibilità, sia l'anodo o il catodo, che unisce i due strati attivi. Lo strato intermedio deve essere altamente trasparente, che limita interstrati tandem serie contenenti particelle metalliche, e ancor più per le interstrati tandem parallele composte di sottili elettrodi metallici continui. I nanotubi di carbonio (CNT) fogli mostrano maggiore trasparenza di strati metallici. Così l'Istituto NanoTech, in collaborazione con l'Università di Shimane, ha introduced il concetto di utilizzare come elettrodo intercalare nella monolitici, dispositivi tandem parallele ^8.

I precedenti tentativi presenti monolitici, tandem, dispositivi OPV paralleli con fogli CNT che fungono da anodi intercalare ^8,9. Questi metodi richiedono una particolare attenzione per evitare corto circuito di una o entrambe le cellule o strati precedenti dannosi al momento del deposito strati successivi. Il nuovo metodo descritto in questo documento facilita fabbricazione ponendo l'elettrodo CNT sopra i polimerici strati attivi di due singole cellule, poi laminando insieme i due dispositivi separati come mostrato in Figura 1. Questo metodo è notevole come dispositivo, inclusi un'aria -stable CNT catodo, può essere realizzata esclusivamente in condizioni ambientali impiegando solo lavorazione a secco e soluzione.

Fogli CNT non sono intrinsecamente buoni catodi, in quanto richiedono drogaggio di tipo n per diminuire la funzione lavoro per raccogliere gli elettroni dalla regione fotoattivodi una cella solare ^10. Doppio strato elettrico carica in un elettrolita, come un liquido ionico, può essere utilizzato per spostare la funzione di lavoro del CNT elettrodi ^{11 – 14.}

Come descritto in un articolo precedente ¹⁵ e illustrato nella Figura 2, quando la tensione di gate _(gate V) è aumenta, la funzione lavoro dell'elettrodo comune CNT viene diminuita, creando asimmetria dell'elettrodo. Questo impedisce la raccolta foro dal donatore OPV a favore della raccolta di elettroni da accettore del OPV, ei dispositivi accende, passando da fotoresistenza inefficiente in fotodiodo ¹⁵ comportamento. Va inoltre notato che l'energia utilizzata per caricare il dispositivo e il potere perso a causa di correnti di dispersione cancello è banale rispetto alla potenza generata dalla cella solare ^15. Gating ionico di elettrodi CNT ha un grande effetto sulla funzione lavoro a causa della bassa densità di stati e l'altosuperficie in rapporto al volume di elettrodi CNT. Metodi simili sono stati utilizzati per migliorare una barriera Schottky all'interfaccia di CNT con n-Si ^16.