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LiF de 5 nm como capa amortiguadora de cátodo eficiente en células solares de polímero mediante la simple introducción de una capa intermedia C60

Resumen

El fluoruro de litio (LiF) es una capa amortiguadora de cátodo (CBL) eficiente y ampliamente utilizada en células solares de polímero de heterounión a granel (PSC). El espesor de LiF normalmente se limita a 1 nm debido a su propiedad de aislamiento. Un espesor tan pequeño es difícil de controlar con precisión durante la deposición térmica y, lo que es más importante, el LiF de 1 nm de espesor no puede proporcionar una protección suficiente para la capa activa subyacente. Aquí, demostramos la aplicación de un LiF muy grueso como CBL sin sacrificar la eficiencia del dispositivo simplemente insertando un C 60 capa entre la capa activa y la capa LiF. Los dispositivos con el C 60 / Los CBL dobles de LiF (5 nm) exhiben una eficiencia de conversión de potencia máxima (PCE) de 3,65%, que es dos veces más alta que la (1,79%) del dispositivo de solo LiF (5 nm). El rendimiento superior del C 60 / Los dispositivos basados ​​en LiF (5 nm) se atribuyen principalmente a la buena conductividad eléctrica del C 60 / LiF (5 nm) bicapa, que surge de la mezcla ocurrida en el C 60 / Interfaz LiF. Además, la formación de un P3HT / C 60 subcelda y el efecto espaciador óptico de C 60 también contribuyen al aumento de la densidad de corriente de cortocircuito ( J sc ) del dispositivo. Con un aumento adicional del espesor de LiF a 8 nm, se alcanza un PCE del 1,10% para el C 60 / Dispositivo basado en LiF, mientras que se observa un rendimiento fotovoltaico insignificante para el dispositivo solo con LiF. Con todo, nuestros resultados muestran que C 60 / La bicapa de LiF es una alternativa prometedora a la capa única de LiF debido a su alta tolerancia a las variaciones de espesor de LiF.

Antecedentes

Las células solares de polímero de heterounión a granel procesadas en solución (PSC) han recibido una atención cada vez mayor en las últimas décadas debido a sus ventajas potenciales, como el bajo costo, el peso ligero y la posibilidad de fabricar dispositivos a gran escala, flexibles y semitransparentes [1,2,3 , 4,5]. Con mucho, la eficiencia de conversión de energía (PCE) relativamente baja en comparación con las células solares basadas en silicio sigue siendo una limitación importante que dificulta su aplicación práctica. Para lograr la comercialización de esta tecnología prometedora, los esfuerzos de investigación se han centrado en aumentar la eficiencia de los PSC. Hasta ahora, se han demostrado PCE en el rango del 11-13%, principalmente debido al desarrollo de nuevos materiales donadores de polímeros conjugados y aceptores no fullerenos [6,7,8,9,10,11,12]. Además, la introducción de una capa amortiguadora de ánodo / cátodo entre la capa activa y el electrodo proporciona otro medio eficaz para mejorar el rendimiento del dispositivo [13,14,15,16,17,18,19,20,21].

Los PSC se pueden dividir en estructuras convencionales e invertidas según si el electrodo de óxido de indio-estaño (ITO) sirve como ánodo o cátodo. Para los PSC convencionales con ITO como ánodo, se usa comúnmente un metal de baja función de trabajo, como Ca, como capa tampón de cátodo (CBL) para reducir la función de trabajo del cátodo (por ejemplo, Al, Ag). Sin embargo, el Ca se oxida fácilmente cuando se expone al aire, lo que da como resultado la escasa estabilidad de los dispositivos. Otro CBL ampliamente utilizado en las PSC es el fluoruro de litio (LiF), que se ha demostrado que mejora el rendimiento del dispositivo mediante la formación de un dipolo interfacial en la interfaz del cátodo [22]. Sin embargo, el espesor de LiF está limitado a menos de 2 nm (generalmente ~ 1 nm) debido a su propiedad aislante [23, 24]. Un espesor tan pequeño es muy difícil de controlar mediante deposición térmica. Además, el LiF de 1 nm de espesor no puede proporcionar una protección suficiente para la capa activa subyacente durante la evaporación de los átomos de metales calientes [17, 25].

Para abordar estos problemas, hemos informado previamente cinco pilas de C 60 / LiF CBL, que mejoró sustancialmente la eficiencia del dispositivo y la estabilidad de los PSC debido a su buena conductividad eléctrica a pesar de que se utilizó un LiF muy espeso [26]. Sin embargo, el C 60 de cinco pilas / La película de LiF se preparó mediante la deposición alterna de C 60 y capas de LiF. Este proceso de preparación es muy complicado y consume mucho tiempo, y aumenta significativamente el costo de fabricación del dispositivo. En este trabajo, adoptamos un C 60 / LiF bicapa como CBL para lograr el mismo efecto que C 60 de cinco pilas / LiF CBL. Después de depositar un C 60 capa antes de la evaporación del LiF, se permite utilizar un LiF grueso sin sacrificar la eficacia del dispositivo. Los PSC con C 60 / Los CBL dobles de LiF mantuvieron un PCE de ~ 3% en un amplio rango de espesores de LiF (1 ~ 6 nm), y mostraron un PCE de 1,10% incluso a un LiF muy grueso, 8 nm. Por el contrario, las PSC con CBL de LiF individual mostraron una rápida disminución de PCE con el aumento del espesor de LiF y tenían un rendimiento fotovoltaico insignificante a un espesor de LiF de 8 nm. Además, la eficiencia máxima (3,77%) de C 60 / Los dispositivos basados ​​en LiF son un 23% más altos que el (3,06%) de los dispositivos solo con LiF. Tomados en conjunto, estos resultados indican que C 60 / La bicapa LiF es un candidato más prometedor como CBL en comparación con una sola capa LiF.

Métodos

Fabricación de PSC

Los sustratos de vidrio recubiertos con ITO (Delta Technologies, LTD) se limpiaron en acetona y alcohol isopropílico (IPA) bajo sonicación durante 5 minutos cada uno y luego se trataron con O 2 plasma durante 60 s para generar la superficie hidrófila. La solución filtrada de poli (3,4-etilendioxitiofeno):poli (estirenosulfonato) (PEDOT:PSS) (HC Starck, Clevios PH 500) se revistió por centrifugación sobre los sustratos de vidrio / ITO limpios a una velocidad de 2000 rpm durante 50 s, seguido de horneado a 110 ° C durante 20 min en atmósfera de nitrógeno. Posteriormente, las muestras se transfirieron a un N 2 -caja de guantes purgada (<0,1 ppm O 2 y H 2 O) para el recubrimiento por rotación de la capa fotoactiva.

Se disolvieron P3HT (Rieke Metals Inc., 4002-EE, 91–94% de regioregularidad) y PCBM (American Dye Source, pureza> 99,5%) en clorobenceno con una relación en peso de 1:1. La solución mezclada se filtró usando un filtro de 0,45 μm y luego se revistió por centrifugación en la parte superior de la capa PEDOT:PSS a 1000 rpm durante 50 s, seguido de un recocido térmico a 130 ° C durante 20 min, lo que produjo un ~ 160 nm- capa activa gruesa medida con un perfilador de superficie Dektek. El C 60 , Los electrodos de LiF y Al (75 nm) se depositaron secuencialmente por evaporación térmica a una presión base de 1 × 10 - 6 mbar. La velocidad de deposición y el espesor de la película se controlaron con un sensor de cristal de cuarzo. Se colocó una máscara de sombra de forma circular de 1 mm de diámetro en la muestra para definir el área activa antes de la deposición de Al.

Caracterización

La densidad-voltaje de corriente ( J - V ) las características se midieron utilizando un sistema Keithley 2400 bajo iluminación solar simulada Air Mass 1.5 Global (AM 1.5 G) a una intensidad de 100 mW / cm 2 , que fue calibrado por un medidor de potencia (OPHIR, Nova-Oriel) y una celda solar de silicio de referencia. Las mediciones se realizaron con las PSC dentro de la guantera. Las imágenes del microscopio de fuerza atómica (AFM) se tomaron con un AFM Veeco Dimension-Icon operado en modo de golpeteo. Los espectros de absorción se obtuvieron usando un espectrofotómetro Varian Cary 50 UV / Vis. Se realizaron mediciones de extracción de carga fotoinducida mediante aumento lineal de voltaje (Foto-CELIV) en PSC en condiciones ambientales. Un N 2 pulsado Se utilizó láser (337,1 nm, 1,4 ns) para generar los portadores de carga, que luego se extrajeron mediante una rampa de voltaje de polarización inversa que se aplicó después de un tiempo de retardo de 100 μs. Los transitorios de corriente se registraron utilizando un osciloscopio de almacenamiento digital (impedancia de entrada de 50 Ω). Durante y después de la iluminación, se aplicó un voltaje de compensación para compensar el potencial incorporado de los dispositivos, lo que evita una fotocorriente inicial antes de la aplicación de la rampa de voltaje. La movilidad de los transportistas se puede calcular de acuerdo con la siguiente ecuación [27, 28]:

$$ \ mu =\ frac {2 {d} ^ 2} {3 {At} _ {\ mathrm {max}} ^ 2 \ left [1 + 0.36 \ frac {\ varDelta j} {j (0)} \ derecha]} $$ (1)

donde μ es la movilidad del portador de carga, d es el grosor de la capa activa, A es la velocidad de aumento de voltaje, t máx es el momento en que la corriente de extracción alcanza el valor máximo, ∆ j es la altura del pico de extracción actual, y j (0) es la corriente de desplazamiento de la capacitancia.

Resultados y discusión

La figura 1 muestra la J - V características, registradas por debajo de 100 mW / cm 2 iluminación (AM 1,5 G), de los PSC con y sin diferentes espesores de C 60 intercalado entre la capa activa y la capa de LiF de 5 nm de espesor. El dispositivo sin el C 60 La capa muestra una curva en forma de S, lo que da como resultado un factor de llenado bajo (FF) y, por lo tanto, un PCE bajo, a pesar de la densidad de corriente de cortocircuito típica ( J sc ) y voltaje de circuito abierto ( V oc ). El bajo FF se racionaliza en términos de la propiedad aislante del LiF, que bloquea la inyección / extracción de electrones cuando la capa de LiF es demasiado gruesa y, por lo tanto, conduce a la resistencia en serie grande ( R s ) y pequeña resistencia de derivación ( R sh ) del dispositivo como se muestra en la Tabla 1 ( R s y R sh se calcularon a partir de la pendiente inversa de la foto J - V curva a 0 mA / cm 2 y 0 V, respectivamente). En cuanto a la J sc , el valor normal (9,23 mA / cm 2 ) implica que el campo eléctrico incorporado dentro del dispositivo (de la diferencia de función de trabajo entre el ánodo y el cátodo) es suficiente para promover el transporte de electrones a través de CBL de LiF (5 nm) mediante tunelización. Después de introducir C 60 de 3 nm de espesor capa entre las capas P3HT:PCBM y LiF (5 nm), la forma de S desaparece y el FF aumenta significativamente de 32,4 a 56,3%. El aumento de FF surge de la reducción de R s , lo que implica que el C 60 La bicapa (3 nm) / LiF (5 nm) posee mejor conductividad eléctrica que la capa única de LiF (5 nm). Con el aumento de C 60 Espesor, el FF primero aumenta, alcanzando un valor máximo del 67% a 8 nm y luego disminuye ligeramente al aumentar aún más C 60 grosor. Debido a la recuperación de FF, el C 60 / Los dispositivos basados ​​en LiF (5 nm) muestran un PCE máximo de 3.65%, que es dos veces más alto que el (1.79%) de los dispositivos de solo LiF (5 nm). Para demostrar la reproducibilidad de los resultados, se calcularon los parámetros fotovoltaicos promedio y las desviaciones estándar de los dispositivos estudiados a partir de un lote de cinco dispositivos, como se muestra en el archivo adicional 1:Tabla S1. Para cada dispositivo, todos los parámetros, incluido J sc , V oc , FF y PCE son altamente reproducibles con poca variación, lo que valida la confiabilidad de los resultados presentados en la Tabla 1.

J - V características, registradas por debajo de 100 mW / cm 2 iluminación (AM 1,5 G), de los PSC con y sin diferentes espesores de C 60 insertado entre P3HT:PCBM y una capa de LiF de 5 nm de espesor

Para averiguar las razones que conducen al FF elevado del C 60 / PSC basadas en LiF (5 nm), se realizaron mediciones de AFM para examinar la morfología de la capa de LiF en el C 60 superficie. La Figura 2 muestra las imágenes de altura (arriba) y fase (abajo), grabadas con el modo de toque AFM, de las películas P3HT:PCBM sin y con el C 60 (35 nm), LiF (5 nm) y C 60 (35 nm) / LiF (5 nm) capas depositadas en la parte superior (tamaño de imagen 500 nm × 500 nm). La película prístina de P3HT:PCBM exhibe una superficie muy lisa con una rugosidad de raíz cuadrada media (rms) baja de 0.81 nm (imagen de altura) y muestra dominios cristalinos fibrilares de P3HT (imagen de fase) [29]. Después de depositar C 60 de 35 nm de espesor y LiF de 5 nm de espesor en la parte superior, la rugosidad rms aumenta a 1,36 y 1,67 nm, respectivamente. Aunque no hay una diferencia significativa en la rugosidad rms entre el C 60 superior y capas de LiF, las morfologías superficiales de estas dos películas son muy diferentes. El C 60 de 35 nm de espesor muestra agregados más grandes (forma esférica) en comparación con LiF de 5 nm de espesor, que también se pueden observar en sus imágenes de fase. Al depositar el C 60 (35 nm) / LiF (5 nm) bicapa en la película P3HT:PCBM, tanto C 60 (tamaño grande) y LiF (tamaño pequeño) se observan, lo que indica que el C 60 subyacente La capa no está completamente cubierta por LiF de 5 nm de espesor. Por lo tanto, se produce alguna mezcla en el C 60 / Interfaz LiF, que da como resultado la buena conductividad eléctrica de C 60 / LiF (5 nm) bicapa considerando la ruta de percolación formada por C 60 moléculas.

Imágenes de altura (superior) y fase (inferior) de AFM en modo de toque de P3HT:PCBM, P3HT:PCBM / C 60 (35 nm), P3HT:PCBM / LiF (5 nm) y P3HT:PCBM / C 60 (35 nm) / LiF (5 nm) películas. Las rugosidades de la raíz cuadrada media (rms) correspondientes son 0,81, 1,36, 1,67 y 2,18 nm, respectivamente

Para investigar más a fondo la influencia del C 60 / LiF doble CBL en el rendimiento del dispositivo de PSC, arreglamos el C 60 espesor en el valor óptimo de 25 nm mientras se cambia el espesor de LiF de 0,5 a 8 nm. A modo de comparación, también se fabricaron los dispositivos con LiF single CBL. La figura 3 muestra la J - V características, registradas por debajo de 100 mW / cm 2 iluminación (AM 1,5 G), de los PSC con LiF single y C 60 / CBL dobles LiF con diferentes espesores de LiF. Los correspondientes parámetros fotovoltaicos de los dispositivos se resumen en la Tabla 2. Los dispositivos con LiF single CBL tienen un PCE máximo de 3,06% en el espesor de LiF óptimo de 1 nm. Un aumento adicional del espesor conduce a una rápida disminución del PCE al 0,79% a 6 nm y al 0,06% a 8 nm. Por el contrario, los dispositivos con C 60 Los CBL dobles de (25 nm) / LiF exhiben un rendimiento mejorado con una eficiencia máxima del 3,77% con un espesor de LiF de 1 nm. Más importante aún, a medida que el grosor aumenta a 6 y 8 nm, se alcanzan PCE de 2,65 y 1,10%, respectivamente, que son significativamente más altos que los de los dispositivos de solo LiF. Cabe mencionar que los resultados presentados en la Tabla 2 también son altamente reproducibles, como lo demuestran las desviaciones estándar muy pequeñas de los parámetros característicos del dispositivo (Archivo adicional 1:Tabla S2). Por ejemplo, la desviación estándar de la eficiencia del dispositivo es inferior al 0,2% (0,1% para la mayoría de los dispositivos), lo que indica una alta reproducibilidad. Además, el PCE promedio muestra la misma tendencia que se observa en la Tabla 2, lo que implica que la comparación de eficiencia entre diferentes grupos es confiable.

J - V características, registradas por debajo de 100 mW / cm 2 iluminación (AM 1,5 G), de los PSC mediante a LiF single y b C 60 CBL dobles (25 nm) / LiF con diferentes espesores de LiF

Como se muestra en la Tabla 2, la mejora en PCE para el C 60 (25 nm) / las PSC basadas en LiF surgen principalmente del aumento de FF y J sc debido a la reducción de R s . Para comprender mejor la R s reducción, investigamos las propiedades de transporte de carga de la capa única de LiF y C 60 / Bicapa LiF utilizando la técnica foto-CELIV [30, 31]. Archivo adicional 1:La Figura S1 muestra los transitorios de corriente foto-CELIV, registrados a diferentes velocidades de aumento de voltaje, para los PSC con LiF single y C 60 / CBL dobles LiF. En la foto-CELIV, el tiempo de extracción actual máximo ( t máx ) se utiliza para estimar la movilidad del portador de carga de acuerdo con la Ec. 1 [27]. Las movilidades calculadas del dispositivo solo LiF (6 nm) son 3,71, 3,40 y 3,59 × 10 - 5 cm 2 V - 1 s - 1 para las pendientes de voltaje de 10, 20 y 30 kV / s, respectivamente, lo que implica que la movilidad es independiente de la velocidad de aumento de voltaje. Por el contrario, las movilidades estimadas del C 60 Los dispositivos basados ​​en (25 nm) / LiF (6 nm) son 3,81, 3,56 y 3,09 × 10 - 4 cm 2 V - 1 s - 1 para las pendientes de voltaje de 10, 20 y 30 kV / s, respectivamente, que son un orden de magnitud más altas que las del dispositivo de solo LiF (6 nm). La mayor movilidad después de introducir un C 60 La capa se puede atribuir a la conductividad eléctrica mejorada que surge de la mezcla ocurrida en el C 60 / Interfaz LiF. Además, se observa que el pico de foto-CELIV para el dispositivo solo LiF (6 nm) es más amplio que el del C 60 (25 nm) / dispositivo basado en LiF (6 nm), que indica un transporte de carga más dispersivo como resultado del mayor desequilibrio entre las movilidades de electrones y huecos [32, 33]. Este desequilibrio se atribuye a la movilidad de electrones extremadamente baja para el dispositivo de LiF (6 nm), considerando que la extracción de electrones está bloqueada por la capa gruesa de LiF. Los electrones acumulados en la interfaz P3HT:PCBM / LiF filtran el campo eléctrico aplicado y, por lo tanto, disminuyen la tasa de extracción de carga en el dispositivo. Por el contrario, el pico estrecho del C 60 El dispositivo basado en (25 nm) / LiF (6 nm) implica la movilidad equilibrada de electrones y huecos, así como una extracción de electrones mejorada debido a la buena conductividad del C 60 (25 nm) / LiF (6 nm) bicapa.

Además de la mejora significativa en FF, el J sc se mejora ligeramente después de la incorporación de C 60 (25 nm) capa. Teniendo en cuenta que la película de mezcla P3HT:PCBM recubierta por rotación consiste en una región rica en P3HT cerca de la superficie superior [34, 35], especulamos que los excitones generados en esta región pueden disociarse en el P3HT / C 60 interfaz para C 60 (25 nm) / dispositivos basados ​​en LiF, lo que conduce a un aumento de J sc en comparación con los dispositivos sin el C 60 capa intermedia. Para verificar esta especulación, fabricamos los PSC con una estructura de dispositivo de ITO / PEDOT:PSS / P3HT / C 60 (25 nm) / LiF / Al, donde el espesor de P3HT varía de 5 a 100 nm. La Figura 4 muestra el J-V características de estos dispositivos por debajo de 100 mW / cm 2 iluminación (AM 1,5 G), y los parámetros fotovoltaicos correspondientes se resumen en el archivo adicional 1:Tabla S3. Se encuentra que el J sc de P3HT / C 60 Las células solares basadas en células aumentan a medida que disminuye el espesor de P3HT, lo que se racionaliza en términos de la longitud limitada de difusión del excitón en P3HT (~ 10 nm). El J sc alcanza un valor máximo de 1,34 mA / cm 2 en el espesor de P3HT de 10 nm y luego cae con una mayor disminución del espesor a 5 nm debido a la absorción insuficiente. Como se mencionó anteriormente, tal P3HT / C 60 Lo más probable es que la subcélula se forme después de depositar C 60 de 25 nm de espesor encima de la capa activa P3HT:PCBM, que da como resultado un 1,34 mA / cm 2 aumento de J sc en condiciones ideales para C 60 / Dispositivos basados ​​en LiF [36]. Comparando el J sc valores de los dispositivos con y sin C 60 (25 nm) entre capas, la mejora en J sc es de alrededor de 1 mA / cm 2 (excepto para los dispositivos basados ​​en LiF (8 nm)), lo cual es consistente con nuestra especulación.

J - V características de los PSC con la estructura de dispositivo de ITO / PEDOT:PSS / P3HT ( x nm) / C 60 (25 nm) / LiF (1 nm) / Al usando diferentes espesores de P3HT

Después de introducir un C 60 capa entre las capas P3HT:PCBM y LiF, lo más probable es que la distribución del campo óptico dentro de la celda solar esté alterada, lo que provocará la variación en J sc [26, 37]. Para investigar este efecto, primero simulamos la intensidad del campo eléctrico dentro de la capa activa P3HT:PCBM para los dispositivos con y sin C 60 capa intermedia. Como se muestra en el archivo adicional 1:Figura S2a, la intensidad del campo integrado para los dispositivos que incorporan un C 60 La capa es más débil en la región de longitud de onda corta y más fuerte en la región de longitud de onda larga en comparación con el dispositivo sin C 60 capa intermedia. Esta tendencia se vuelve más notable y, simultáneamente, se observa un desplazamiento hacia el rojo al aumentar el C 60 grosor. Archivo adicional 1:La Figura S2b muestra los espectros de absorción del prístino C 60 película, y el P3HT:películas PCBM con y sin CBL diferentes depositados en la parte superior. Comparando los espectros de absorción de P3HT:PCBM / C 60 (25 nm) con y sin LiF de 8 nm de espesor, las dos curvas se superponen casi por completo, lo que indica que el LiF no absorbe la luz visible. Por otro lado, el P3HT:PCBM / C 60 Las películas tienen una mayor absorción en los rangos de longitud de onda de 400 ~ 510 nm y 580 ~ 680 nm en comparación con la película prístina P3HT:PCBM. Esta mejora de la absorción se vuelve más pronunciada con el aumento de C 60 grosor. Intuitivamente, la mejora de la absorción en el rango de longitud de onda de 400 ~ 510 nm surge de la C 60 absorción (400 ~ 550 nm). Archivo adicional 1:La Figura S2c muestra los espectros de eficiencia de conversión de fotón a corriente incidente (IPCE) de los PSC con LiF (5 nm) simple y C 60 (25 nm) / LiF (5 nm) CBL dobles. En comparación con el dispositivo solo LiF, el dispositivo con C 60 / Los CBL dobles LiF tienen un IPCE más bajo en las longitudes de onda cortas debido a la absorción parásita en el C 60 película, y muestra un IPCE más alto a longitudes de onda largas, debido al efecto espaciador óptico así como a la contribución de P3HT / C 60 subcelda.

De la Tabla 2, se observa que el C 60 El dispositivo basado en (25 nm) / LiF (8 nm) exhibe un PCE bajo de 1,10%, aunque esta eficiencia sigue siendo mucho mayor que la del dispositivo de solo LiF (8 nm) (0,06%). El PCE bajo es el resultado de la pequeña J sc y FF, que es causado por la gran R s . Como se discutió anteriormente, el C 60 La película (35 nm) / LiF (5 nm) tiene una buena conductividad eléctrica debido a la formación de una morfología mixta entre C 60 y capas de LiF (ver Fig. 2). Para encontrar la razón de la alta resistencia del C 60 (25 nm) / LiF (8 nm), las mediciones de AFM se realizaron en películas P3HT:PCBM sin y con el C 60 (25 nm), LiF (8 nm) y C 60 (25 nm) / LiF (8 nm) capas depositadas en la parte superior. Como se muestra en el archivo adicional 1:Figura S3, se forman grandes agregados esféricos en el C 60 (25 nm) mientras que se forman agregados relativamente pequeños en la película de LiF (8 nm), que es similar a la observación en la Fig. 2. Al depositar LiF de 8 nm de espesor en la parte superior del C 60 (25 nm), la morfología (pequeños agregados) es muy similar a la de la película de LiF prístina, lo que indica que el C 60 subyacente los agregados están completamente cubiertos por LiF de 8 nm de espesor. Por lo tanto, especulamos que un LiF grueso se acumula en la parte superior del C 60 (25 nm) / LiF (8 nm) película bicapa, que dificulta la extracción de electrones y, por lo tanto, conduce a un alto R s del dispositivo.

Conclusiones

En resumen, hemos demostrado que un LiF grueso se puede utilizar como CBL en P3HT:PSC basados ​​en PCBM simplemente introduciendo un C 60 capa entre la capa activa y la capa LiF. Los dispositivos con el C 60 Los CBL dobles de LiF (5 nm) exhiben una eficiencia máxima de 3.65%, mientras que el dispositivo de solo LiF (5 nm) muestra un PCE dos veces menor de 1.79%. El rendimiento mejorado del dispositivo se debe principalmente al alto FF debido a la buena conductividad eléctrica del C 60 / Bicapa LiF. Además, el J sc también se mejora después de introducir un C 60 capa intermedia, que se puede atribuir a la contribución de P3HT / C 60 subcelda, así como el efecto espaciador óptico de C 60 . El aumento adicional del espesor de LiF a 8 nm conduce a la rápida disminución de PCE a 1,10 y 0,06% para el C 60 / Dispositivo basado en LiF y dispositivo solo con LiF, respectivamente. La disminución de PCE del dispositivo con C 60 / Los CBL dobles de LiF (8 nm) son causados ​​por el transporte de electrones impedido, debido al LiF acumulado en la parte superior del C 60 Bicapa (25 nm) / LiF (8 nm). Con todo, estos resultados indican que el C 60 / La bicapa LiF es un CBL más prometedor en comparación con la capa única LiF para fabricar PSC altamente eficientes y a gran escala.


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