Método ambiente para a produção de um Common Cathode ionicamente fechado de Nanotubos de Carbono em Células solares orgânicas Tandem

Semicondutores poliméricos são os principais fotovoltaicos orgânicos (OPV) de materiais, devido à alta absortividade, boas propriedades de transporte, flexibilidade e compatibilidade com substratos sensíveis à temperatura. Dispositivos OPV eficiência de conversão de energia, η, saltaram significativamente nos últimos anos, com a eficiência de células únicas tão elevadas como 9,1% ^1, tornando-se uma tecnologia de energia cada vez mais viável.

Apesar das melhorias em η, as finas ideais espessuras camada ativa dos dispositivos de limitar a absorção de luz e impedem a fabricação de confiança. Além disso, a largura espectral de absorção de luz de cada polímero é limitada em comparação com materiais inorgânicos. Polímeros de emparelhamento de diferentes sensibilidade espectral ignora estas dificuldades, fazendo com que as arquiteturas em tandem ² a inovação necessária.

Dispositivos em tandem Series são a arquitetura conjunto mais comum. Neste projeto, um materi transporte de elétronsai, uma camada metálica opcional a recombinação, e uma camada de transporte furo ligar duas camadas independentes fotoactivos chamados sub-células. Ligando sub-células numa configuração em série aumenta a tensão do circuito aberto do dispositivo de combinação. Alguns grupos tiveram sucesso com camadas de transporte degenerately dopados ^3-5, mas mais grupos usaram partículas de ouro ou prata para ajudar a recombinação de buracos e elétrons na camada intermediária ^6,7.

Em contraste, tandens paralelas requerem um eléctrodo de alta condutividade, qualquer um ânodo ou cátodo, juntando-se as duas camadas activas. O intercalar deve ser altamente transparente, o que limita intercalares em tandem série contendo partículas metálicas, e mais ainda para as intercalares em tandem paralelas compostas de finos, eletrodos metálicos contínuos. Os nanotubos de carbono (CNT) folhas apresentam maior transparência do que camadas de metal. Assim, o Instituto NanoTech, em colaboração com a Universidade de Shimane, tem introduced o conceito de usar como camada intermédia do eléctrodo em dispositivos monolíticos, em tandem paralelas ^8.

Esforços anteriores, caracterizado, dispositivos de conjunto OPV paralelas monolíticos de folhas CNT que funcionam como ânodos entre camadas ^8,9. Estes métodos exigem um cuidado especial para evitar curto-circuito de uma ou ambas as células ou camadas anteriores prejudiciais ao depositar camadas posteriores. O novo método descrito no presente documento facilita a fabricação, colocando o eléctrodo CNT no topo das camadas poliméricas activas de duas células individuais, em seguida, laminando os dois dispositivos separados em conjunto, como mostrado na Figura 1. Este método é notável quanto o dispositivo, incluindo um aparelho de ar -stable cátodo CNT, pode ser fabricado totalmente em condições ambientais empregando apenas de processamento a seco e solução.

Folhas CNT não são intrinsecamente boas catodos, como eles exigem n-type doping para diminuir a função de trabalho, a fim de coletar os elétrons da região fotoativode uma célula solar ^10. Carregamento eléctrico de dupla camada dentro de um electrólito, tal como um líquido iónico, pode ser usado para deslocar a função de trabalho dos eléctrodos CNT ^11-14.

Conforme descrito num artigo anterior ¹⁵ e representada na Figura 2, quando a tensão da porta _(gate V) é aumenta, a função de trabalho do eléctrodo comum CNT é diminuída, criando eléctrodo de assimetria. Isso evita coleção buraco do doador da OPV em favor da coleta de elétrons do receptor da OPV, e os dispositivos de ligar, mudando de photoresistor ineficiente em fotodiodo ¹⁵ comportamento. Deve também ser notado que a energia utilizada para carregar o dispositivo e o poder perdido devido a correntes de fuga portão é menor em comparação com a energia gerada pela célula solar ^15. Gating Ionic de eletrodos CNT tem um grande efeito sobre a função de trabalho, devido à baixa densidade de estados ea altarazão entre superfície e volume, em eléctrodos CNT. Métodos semelhantes têm sido utilizados para melhorar uma barreira Schottky na interface do CNT com n-Si ^16.