Zlepšenie procesu rekombinácie pomocou medzivrstvy vloženej do striebra a grafénu v kvantovej bodke pre efektívne organické tandemové bunky vedecké správy

Zlepšenie procesu rekombinácie pomocou medzivrstvy vloženej do striebra a grafénu v kvantovej bodke pre efektívne organické tandemové bunky vedecké správy

Anonim

predmety

  • energie
  • nanočastice
  • Solárne bunky

abstraktné

Vysoký výkon organických tandemových solárnych článkov do značnej miery závisí od priehľadnej a vodivej medzivrstvy (IML). Súčasná práca podáva správy o návrhu a výrobe IML pomocou jednoduchého procesu riešenia. Účinnosť homo-tandemového zariadenia s metylesterom kyseliny poly (3-hexyltiofén): fenyl-C61-butánovej ako aktívnej vrstvy a poly (3, 4-etyléndioxytiofén): poly (styrénsulfonát) / poly (etylénimín) ako IML bolo spočiatku zistené, že je 3, 40%. Ďalšie zvýšenie účinnosti buniek sa dosiahlo s použitím nanočastíc striebra (Ag-NP) rôznych veľkostí a IML s vloženým grafom s kvantovou bodkou. Maximálna účinnosť 4, 03% sa dosiahla pri použití 7 nm Ag-NP, ktoré prispievajú k lepšiemu procesu rekombinácie. Výkon tandemovej bunky bol tiež založený výlučne na elektrickom zlepšení naznačenom meraním prúdu - napätia, vonkajšou kvantovou účinnosťou a analýzou impedancie. Ukázalo sa, že použitie Ag-NP v IML predlžuje životnosť párov elektrónových otvorov v zariadení. Táto štúdia tak pripravuje spôsob, ako vyvinúť také účinné IML pre účinnejšie tandemové solárne články.

úvod

Solárne články z organických polymérov sú novo vznikajúcou technológiou fotovoltaiky (PV), ktorá má sľubné vlastnosti vďaka svojej prenosnosti, ultralehkosti, flexibilite, transparentnosti, nákladovej efektívnosti a kompatibilite veľkoplošnej výroby. V priebehu desaťročí sa intenzívny výskum zameriaval na organické fotovoltaické články (OPV) na vývoj účinnosti buniek v rôznych prístupoch, ako je napríklad kombinácia návrhu fotoaktívneho materiálu 4, 5, 6, 7, morfologická kontrola 8 a inžinierske rozhranie 9, 10., 11 . V dôsledku toho sa účinnosť OPV zvýšila až na –10% 12 . Avšak spektrálne obmedzená absorpčná povaha organických donorových materiálov a nízka mobilita nosiča náboja vedú k relatívne nízkej hustote skratového prúdu ( J sc ) PV 1, 2, 3, 4, 5 . Zvýšenie J sc OPV sa dá ľahko dosiahnuť použitím ternárnych alebo viaczložkových donor-akceptorových systémov, ktoré rozširujú absorpčné spektrá organických polovodičov 13, 14 . Ďalšou nevýhodou obmedzujúcou celkovú účinnosť buniek OPV je nízke napätie v otvorenom obvode ( V oc ). Posledné štúdie informovali o použití polovodičov s vysokou dielektrickou konštantou na zníženie tepelných strát do určitej miery 15 .

Na prekonanie týchto problémov bol navrhnutý iný prístup, známy ako koncept tandemových buniek, ktorý stohuje dve alebo viac buniek s komplementárnymi absorpčnými spektrami do sériových alebo paralelných spojení. Zistilo sa, že tandemová bunková štruktúra je riešením ako pri absorpčných stratách súvisiacich s J sc, tak pri problémoch s termizáciou súvisiacimi s V oc 16, 17 . Na základe tohto konceptu bolo navrhnutých množstvo tandemových solárnych článkov s účinnosťou až 11% 18 . Pre tandemový solárny článok je výber medzivrstvy (IML), ktorá spája dva subbunky v sérii spojenej sekvencii vrstvy prenášajúcej diery (HTL) a vrstvy prenášajúcej elektróny (ETL), kritickým faktorom pre výkon zariadenia. Na realizáciu vysokovýkonných tandemových buniek je potrebný efektívny a spoľahlivý IML 19 . Proces nabíjania rekombinácie v tejto vrstve by mal byť efektívny, aby sa maximalizoval faktor V oc a faktor plnenia (FF).

Bežne používané vrstvy IML v organických tandemových solárnych článkoch, ktoré pozostávali z komponentov s vysokou aj nízkou funkčnosťou, ako sú LiF / Al / Au / PEDOT: PSS 20, LiF / Al / MoO 3 21, MoO 3 / Al / ZnO. 22, Mo03 / Ag / Al / Ca 23 alebo Al / Ti02 / PEDOT: PSS 24 vyžadujú vysoké množstvo vákua na syntézu určitých IML vrstiev. Nedávno publikované vrstvy IML spracované v roztoku obsahujúce PEDOT: PSS / ZnO 25 pre obrátené tandemové bunky a ZnO / PEDOT: PSS 26 a TiO X / PEDOT: PSS 27 pre konvenčné tandemové bunky boli úspechom do určitej hranice. Okrem toho sú všetky IML spracované v roztoku veľmi žiaduce na výrobu solárnych článkov vo veľkom rozsahu. Okrem toho použitie kryštalických anorganických materiálov vedie k menšej mechanickej flexibilite. Rozdiel medzi pracovnou funkciou široko používaného HTL oxidov kovov PEDOT: PSS a ETL je menší ako približne 0, 6 eV, čím sa obmedzuje použitie fotoaktívnych materiálov na zostavenie tandemových solárnych článkov. Preto sú problémy s rozhraním spojené s IML rozhodujúcim faktorom pri získavaní tandemových solárnych článkov s vysokou účinnosťou.

Pokiaľ ide o vyššie uvedené problémy, predkladáme správu o štúdii návrhu a výroby celej tandemovej bunkovej štruktúry spracovanej v roztoku s metylesterom kyseliny poly (3-hexyltiofén): fenyl-C61-butánovej (P3HT: PCBM) ako aktívnej vrstvy v oboch predné a zadné bunky a PEDOT: PSS / PEI ako IML. Poly (3, 4-etyléndioxytiofén): poly (styrénsulfonát) / poly (etylénimín) (PEI) bol nedávno predstavený ako výkonný ETL pre jeho nastaviteľnú pracovnú funkciu, tvorbu tunelového spojenia a silné spojenie s materiálom PEDOT: PSS vďaka na deprotonovanú kyselinu sulfónovú 28, 29 . Aby sa ďalej zlepšil proces rekombinácie, medzi vrstvy IML sa zabudovali semitransparentné a vysoko vodivé nanočastice striebra (Ag-NPs) a grafénové kvantové bodky (G-QDs), aby sa účinne zbierali diery a elektróny z subbuniek žiadna potenciálna strata. Bola vykonaná systematická štúdia rôznych veľkostí Ag-NP. Potom sa uskutočnili štúdie intenzity modulovaného fotoprúdu / napätia (IMPS / IMVS) na porovnanie doby rekombinácie a času prepravy tandemových solárnych článkov bez a s Ag-NP v IML.

výsledok

Skúmali sa optické vlastnosti asyntetizovaných Ag-NP a G-QD dispergovaných v etanole. Obrázok 1 (a) ukazuje výsledky absorpcie troch rôznych veľkostí Ag-NP analyzovaných v spektrálnom rozsahu 300 až 800 nm. Ostrý pík v absorpčnom spektre okolo 400 nm naznačuje, že pripravené Ag-NP majú rovnomernú distribúciu veľkosti. Absorpčný pík sa mierne zväčšil smerom k vyššej vlnovej dĺžke so zväčšením veľkosti častíc. Absorpčné spektrum kovových NP sa môže opísať ako výsledok intra-pásmových excitácií vodivých elektrónov zo stavu najnižšej energie do stavu vyššej energie vo vodivom pásme kovových NP 30, 31 . Okrem toho sa uskutočnili fotoluminiscenčné (PL) štúdie pre tieto Ag-NP pri izbovej teplote (RT). Nepozorovala sa však žiadna luminiscencia. Aj keď niektoré štúdie uvádzajú PL na strieborných zhlukoch v určitej matrici pri veľmi nízkej teplote 32, treba poznamenať, že systematické práce na PL Ag-NP pri RT boli veľmi slabé 33 . Absorpčné spektrum G-QD jasne ukázalo, že nedošlo k absorpcii v rozsahu vlnových dĺžok 300 - 800 nm, zatiaľ čo PL vykazovala pík pri 423 nm (obr. 1 (b)). Je dôležité si všimnúť, že vrchol PL sa mierne posunul podľa koncentrácie G-QD. Môže to byť spôsobené skladaním G-QD vo vyššej koncentrácii.

Image

a ) UV-Vis absorpčné spektrá Ag-NP, b ) UV-Vis absorpcia (červená krivka) a PL spektrum (modrá krivka) G-QD.

Obrázok v plnej veľkosti

Obrázky transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM) pre Ag-NP syntetizované s tromi rôznymi veľkosťami pomocou metódy Lee-Meisel sú znázornené na obrázku 2 (a-c). Priemerná veľkosť častíc Ag-NP, ktorá bola odhadnutá z TEM obrázkov, bola 7, 20 a 30 nm. Na potvrdenie rovnomernej distribúcie veľkosti Ag-NP boli tieto NP potiahnuté spinom na Si substráte. Merania AFM pre tieto vzorky jasne naznačovali, že Ag-NP boli dobre distribuované na celom substráte (pozri SI, obrázok S1 a obrázok S2). Obrázok TEM s nízkym zväčšením G-QD je znázornený na obrázku 2 (d). Priemerná veľkosť častíc sa pohybovala okolo 4 nm. Okrem toho boli tieto charakterizované Ag-NP a G-QD zabudované do IML PEDOT: PSS / PEI na zlepšenie účinnosti organických tandemových solárnych článkov.

Image

a ) TEM obraz Ag-NP 10 nm, b ) 20 nm, c ) 30 nm a d ) G-QD. Vložené do ( d ) obrázkov s vysokým rozlíšením a ich difraktogramu.

Obrázok v plnej veľkosti

Schematický diagram, jeho TEM obraz prierezu a zarovnanie pásov navrhovanej štruktúry zariadenia sú znázornené na obrázku 3 (a-c). Krokový profil každej vrstvy na obrázku 3 (b) bol jasne pozorovaný meraním TEM s sústredeným iónovým lúčom. Zariadenie sa skladalo z dvoch kombinovaných čiastkových buniek, prednej a zadnej bunky pripojených do série pomocou Ag-NP zabudovaného IML PEDOT: PSS / PEI. PEDOT: PSS pôsobil ako HTL, zatiaľ čo vrstva PEI slúžila ako ETL. Okrem toho bola na vrch prednej bunky použitá hrubá vrstva PEDOT: PSS (63 nm) na ochranu vrstvy prednej bunky pred poškodením počas výroby zadnej bunky.

Image

a ) Schéma tandemového organického solárneho článku založeného na aktívnej vrstve P3HT: PCBM, b ) obraz TEM zariadenia v priečnom reze (metóda FIB) a c ) zarovnanie pásma zariadenia.

Obrázok v plnej veľkosti

Na preskúmanie vplyvu Ag-NP sa vykonali merania prúdovej hustoty-napätia ( JV ) pre tandemové zariadenie s vloženým Ag-NP pri osvetlení 1, 5 AM, ako je znázornené na obrázku 4 (a). Pre lepšie pochopenie boli zmerané jednotlivé a tandemové bunky s Ag-NPs a bez nich a výsledky sú uvedené v tabuľke 1. Maximálna účinnosť buniek a V oc tandemovej bunky bez Ag-NPs dosiahla 3, 40% a 1, 15 V, resp. Tieto výsledky jasne naznačili, že PEDOT: PSS a PEI môžu tiež slúžiť ako dobrý IML aj bez Ag-NP. Pre tandemové zariadenie s Ag-NP došlo k významnému zlepšeniu FF a J sc, ktoré sa zvýšili zo 47% na 51%, respektíve 6, 31 na 6, 91 mA / cm2. Pomer zlepšenia týchto dvoch hodnôt bol okolo 10%. V dôsledku toho sa účinnosť konverzie fotobunky (PCE) zvýšila z 3, 40% na 4, 03%. Odporový odpor (Rsh) sa zvýšil zo 4280 na 4 990 Q.cm2, zatiaľ čo sériový odpor ( Rs ) sa znížil zo 41, 8 na 34, 7 Q.cm2. Na ďalšie potvrdenie sa skonštruovala jediná bunka s Ag-NP (ITO / PEDOT: PSS / Ag-NP / PEI / P3HT: PCBM / PEDOT: PSS / Ag) a jej parametre sa porovnali s parametrami invertovanej jednotlivej bunky bez ag-NP. Z týchto výsledkov sa zvýšila iba FF jednotlivej bunky s Ag-NP, takže hodnota FF bunky bola priamo ovplyvnená sériou fotobuniek a hodnotami odporu bočníka. Preto zvýšenie Rsh a zníženie Rs vedú k vyššiemu FF, čo vedie k zvýšeniu účinnosti na 18% v tandemovom zariadení s vloženým Ag-NPs, čo možno pripísať lepším elektrickým vlastnostiam štruktúra zariadenia.

Image

a ) charakteristika prúdovej hustoty a napätia ab ) vonkajšia kvantová účinnosť jednotlivých a tandemových zariadení OSC.

Obrázok v plnej veľkosti

Tabuľka v plnej veľkosti

Ďalej sme skúmali rôzne veľkosti Ag-NP zabudovaných do IML rovnakej štruktúry tandemových buniek a výsledky sú uvedené v podporných informáciách (pozri obrázok S3). Pri zvyšovaní veľkosti častíc sa hodnota J sc zvýšila zo 6, 9 na 7, 8 mA / cm2 v dôsledku zvýšenia plazmonických účinkov. Hodnota V oc však drasticky poklesla a krivka J - V sa zmenila na tvar S. Mohlo by to byť spôsobené menšou hrúbkou vrstvy PEI (10 nm), ktorá nemôže jednotne pokryť veľké Ag-NP. To vedie k priamemu kontaktu Ag-NP s aktívnym materiálom. Preto je vrstva IML v tandemovej bunke veľmi dôležitá, pretože spája tieto dve subbunky v sérii a je priamo spojená s hodnotami V oc . To je dôvod, že Ag-NP s menšou veľkosťou (7 nm) vložené do tandemových buniek vykazujú vyššiu účinnosť v porovnaní s väčšími veľkosťami. Maximálna hodnota V oc sa získala pri nižšej koncentrácii Ag-NP pri 0, 01 mg / ml (pozri obrázok S4).

diskusia

Podobný prístup sa uplatnil na tandemové OSC pomocou polovodičových G-QD namiesto Ag-NP. Získané výsledky sú uvedené v tabuľke 2. Avšak bunková účinnosť tandemových buniek s vloženým G-QD bola o niečo nižšia ako účinnosť tandemových buniek s vloženým Ag-NP. G-QDs potiahnuté odstredením v koncentrácii 5 μg / ml vykázali mierne zlepšenie hodnôt FF a J sc . Účinnosť buniek sa teda zvýšila z 3, 40 na 3, 72%. Nižšia účinnosť s G-QD v porovnaní s Ag-NP môže byť spôsobená visiacou väzbou pasivovaného vodíka PEI počas výrobného procesu 34 . Silnejšia vrstva G-QD navyše vedie k zníženiu účinnosti zariadenia v dôsledku nižšej vodivosti medzi lokalizovanými kvantovými bodkami.

Tabuľka v plnej veľkosti

Ďalej sa zmeral EQE optimalizovanej tandemovej bunky so zariadením s vloženým 10 nm Ag-NP. Porovnávacie výsledky EQE pre jednu aj tandemovú bunku s Ag-NPs a bez nich sú uvedené na obrázku 4 (b). EQE tandemovej bunky sa stanovila vynásobením absorpcie tandemovej bunky (v reflexnom móde) vnútornou kvantovou účinnosťou (IQE) jednosmernej bunky 35 . Je zrejmé, že nedošlo k žiadnej významnej zmene v jednej bunke, s Ag-NPs a bez nich v rozsahu vlnových dĺžok 300 - 800 nm. Môže to byť spôsobené absorpciou svetla a plazmónovým účinkom Ag-NP, ktoré sú obmedzené použitím malých Ag-NP, ako aj nízkou koncentráciou. V predchádzajúcich správach o použití Ag-NP s rôznou veľkosťou v organických solárnych článkoch 36, 37 bol plazmmonický efekt rozptylu vpred vyladený veľkosťou Ag-NP. Podľa týchto štúdií Ag-NP s veľkosťou ~ 60 nm a pri optimalizovanej koncentrácii vykazovali maximálne zvýšenie PCE. Ukázalo sa, že Ag-NP malej veľkosti vykazujú veľmi slabý plazmonický účinok. V súčasnej štúdii teda Ag-NPs 7 nm neovplyvňoval výkon zariadenia na základe jeho plazmonického účinku. Na základe týchto výsledkov sa dospelo k záveru, že zvýšenie EQE v tandemovom zariadení nesúvisí s optickým efektom.

Predchádzajúce práce na organických tandemových solárnych článkoch preukázali, že vloženie kovového zhluku malých rozmerov medzi subbunky má dve hlavné funkcie: (1) slúži ako rekombinantné centrá pre nespárované náboje, ktoré sú generované foto v interiéri zariadenia a (2) indukciu silného blízkeho poľa na zvýšenie absorpcie aktívnej vrstvy 38 . Dá sa predpokladať, že inzercia Ag-NP indukuje hladiny „dopantu“ medzi PEDOT: PSS a PEI a zavádza nové povrchové rekombinantné centrá vo vnútri IML.

Aby sa podrobne preskúmali vlastnosti zariadenia, bola na prístroji vykonaná fotonukleárna / napäťová spektroskopia 39 s modulovanou intenzitou svetla, s Ag-NPs alebo bez nich. Výsledky IMVS a IMPS získané pri osvetlení červeným LED svetlom (635 nm) sú znázornené na obr. 5 (a, b). Vypočítaná doba rekombinácie ( τ r , z IMVS) a doba prepravy (τt, z IMPS) pre tandemové bunky bez Ag-NP boli 63, 4 μs, respektíve 8, 95 μs. Pre tandemovú bunku s vrstvou Ag-NP boli τ r a τ t vypočítané ako 356, 3 μs, respektíve 3, 17 μs. Z výsledkov vyplýva, že τ t tandemovej bunky s Ag-NPs neboli významne ovplyvnené Ag-NP, zatiaľ čo životnosť dvojice elektrónových dier sa významne zvýšila. Dá sa to vysvetliť ďalšou vrstvou Ag-NP, ktorá vytvára v IML efektívne rekombinantné miesta, čo vedie k menšej akumulácii fotocitlivých nábojov na aktívnom rozhraní. Obrázok 5 (c, d) zobrazuje tmavé krivky J - V a údaje o impedancii tandemovej bunky s Ag-NP a bez nich. Charakteristiky J - V sú primárne určené pomocou Rsh v oblasti nízkeho napätia (0 - 1 V) a R s v oblasti vyššieho napätia (1 - 1, 5 V). Tandemová bunka tu vykazovala zrejmé vlastnosti diódy. Skratový prúd blížiaci sa k nule v oblasti nízkeho napätia spolu so strmým sklonom v oblasti vyššieho napätia naznačuje, že odpor viacvrstvovej štruktúry bol modifikovaný zavedením vrstvy Ag-NPs. Toto je v súlade s výsledkami pre vypočítaný odpor získaný z merania J - V za jasných podmienok. Okrem toho, ako je znázornené na obrázku 5 (d), zníženie impedancie celého tandemového systému z 35 kΩ späť na 8 kΩ potvrdilo elektrickú dominanciu modifikovanej IML vo výkonnostných parametroch. Tieto výsledky ukázali, že rekombinačná povaha IML sa účinne zvýšila vložením vrstvy Ag-NP. Napriek tomu, vzhľadom na schopnosť aplikácie takého rôzneho aktívneho materiálu, navrhovaná architektúra má šancu zlepšiť ohmický kontakt IML jednoduchým procesom riešenia.

Image

a ) IMVS v podmienkach otvoreného obvodu, b ) IMPS pri V oc, c ) semilogarový graf závislosti hustoty a napätia tmavého prúdu a d ) Nyquistov diagram impedancie tandemového OSC podľa Ag a bez Ag. -NPs.

Obrázok v plnej veľkosti

Aby sme to zhrnuli, študovali sme efektívny IML zabudovaný do Ag-NP a G-QD na zvýšenie J sc a FF organických tandemových solárnych článkov. Impedancia celého zariadenia sa za prítomnosti Ag-NP znížila o 77% a odpor voči skratu sa zvýšil o 15%. V dôsledku toho sa účinnosť homo-tandemových buniek na báze P3HT: PCBM zvýšila z 3, 40% na 4, 03%. Podľa našich najlepších vedomostí je to jedno z najúčinnejších solárnych zariadení založených na P3HT: PCBM. Existencia „dopantových“ hladín medzi PEDOT: PSS a PEI a indukovanie povrchových rekombinantných centier vo vnútri IML sa pripisuje spôsobeniu výraznej zmeny elektrických vlastností zariadenia. Predpokladá sa, že lepší ohmický kontakt medzi dvoma subbunkami predlžuje životnosť fotom generovaných párov elektrónových otvorov znížením akumulovaných nábojov obklopujúcich IML. Jednoduchá, ale účinná modifikácia bežne používanej štruktúry IML ukazuje jej schopnosť aplikácie na rôzne iné polymérne materiály a otvára príležitosti na dosiahnutie vysoko účinných tandemových solárnych článkov.

metódy

Syntéza nanočastíc Ag

Syntéza Ag-NPs sa uskutočňovala použitím Lee-Meiselovej metódy 40 . Chemikálie dusičnanu strieborného (AgNO 3 ), borohydrid sodný (NaBH4) a dihydrát citrátu trisodného (C6H5Na307 · 2H20) boli zakúpené od spoločnosti Shanghai Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. (Čína) a použité ako prijaté. Sklo sa pred pokusmi vyčistilo pomocou roztoku HCl: HN03 v pomere 3: 1 (obj./obj.) A prepláchlo sa deionizovanou (DI) vodou. Po pridaní 20 ml 1% (hm./obj.) Roztoku citrátu a 75 ml DI vody do banky s guľatým dnom sa zmes zahrievala na 70 ° C počas 15 minút. Potom sa do zmesi pridalo 1, 7 ml 1% (hm./obj.) Roztoku AgN03 a následne sa rýchlo pridalo 2 ml 0, 1% (hm./obj.) Čerstvo pripraveného roztoku NaBH4. Reakčný roztok sa udržiaval pri 70 ° C za intenzívneho miešania počas 1 hodiny a ochladil sa na teplotu miestnosti. Konečný objem sa doplnil vodou na 100 ml. Výsledný roztok Ag-NPs sa centrifugoval pri 10000 ot./min. Počas 30 minút. Na získanie väčšej veľkosti Ag-NP sa použil postupný rast; 2 ml 1% roztoku citrátu sa zmiešali so 75 ml DI vody a potom sa priviedli do varu pomocou zahrievacieho plášťa počas 15 minút. Ďalej sa za intenzívneho miešania pridalo 10, 0 ml štartovacieho očkovacieho roztoku, nasledovalo pridanie 1, 7 ml 1% roztoku AgN03. Intenzívne mechanické miešanie pokračovalo 1 hodinu. V nasledujúcom kroku sa do reakčného roztoku prikvapkali 2 ml 1% roztoku citrátu a 1, 7 ml 1% roztoku AgN03. Reflux za intenzívneho miešania pokračoval ďalšiu hodinu a potom sa reakčný roztok ochladil na teplotu miestnosti. Bola pridaná voda na doplnenie objemu na 100 ml. Veľkosť výsledných Ag-NP bola približne 20 nm. Na získanie 30 nm Ag-NP sa pridal ďalší krok s použitím rovnakej operácie. Výsledné roztoky Ag-NPs sa potom odstredili pri 10000 ot./min.

Syntéza kvantových bodov grafénu

G-QD boli syntetizované karbonizáciou kyseliny citrónovej (CA, 99%, Sigma-Aldrich) s amoniakom hydrotermálnym spracovaním 41 ; 80 ml vodného roztoku CA (100 mg / ml) a 20 ml (30%) vodného roztoku amoniaku sa zahrievalo pri 180 ° C v autokláve s teflónovou vrstvou počas 24 hodín. Po ochladení na teplotu miestnosti sa pH svetložltého roztoku G-QD upravilo na 8 pridaním roztoku NaOH (1 mg / ml) po kvapkách. Roztok G-QD sa potom dialyzoval v dialyzačnej trubici (3000 Da, Spectrum Lab. Inc.) proti DI vode počas 4 hodín na odstránenie nečistôt a nadbytku amoniaku. Vodná suspenzia G-QD sa potom odstredila pri 10000 ot./min., Aby sa odstránil akýkoľvek konglomerát.

Výroba jedného spojovacieho zariadenia

Chemikálie, PEI (Aldrich, 50% hmotn. V H20), P3HT (Merck), PCBM (EMS index), PEDOT: PSS AI4083 a PEDOT: PSS Clevios P ​​(Heraeus) sa použili tak, ako boli doručené. Predčistené substráty oxidu india cínu (ITO) sa najskôr ošetrili UV-ozónom po dobu 1 hodiny. Roztok PEI (0, 1% hmotn. Nariedený v izopropanole) bol potiahnutý odstredením pri 5000 ot./min. Na substrátoch ITO a sušený pri 100 ° C. P3HT: PCBM (1: 1) bol rozpustený v 1, 2-dichlórbenzéne v koncentrácii 13, 1 mg / ml a potom bol potiahnutý odstredením na povrchu PEI. Pred odstreďovaním aktívnej vrstvy bol roztok zahrievaný pri teplote 60 - 80 ° C počas 2 hodín, aby sa zlepšila rozpustnosť, a potom zriedený PEDOT: PSS (Al 4083) v izopropylalkohole (IPA). ) (1: 6) bolo na aktívnej vrstve potiahnuté odstredením. Nakoniec sa vzorky preniesli do odparovacej komory na výrobu Ag elektródy s plochou zariadenia 0, 13 cm2.

Výroba tandemových zariadení

Predná bunka bola skonštruovaná podľa postupu jednoduchého spojenia s ITO / PEI / P3HT: PCBM, nasledovalo potiahnutie vrstvy zriedeného PEDOT: PSS v izopropylalkohole (1: 7). Táto vrstva PEDOT: PSS sa použila na modifikáciu povrchu aktívnej vrstvy. Ďalšia vrstva PEDOT: PSS bola potiahnutá odstredením pri 5000 ot./min. Vzorka bola žíhaná pri 140 ° C počas 10 minút a roztok Ag-NPs (0, 01 mg / ml v etanole) bol odstreďovaný potiahnutý pri 2000 ot./min. Na povrchu vrstvy PEDOT: PSS. Následne bola zadná bunka tiež vyrobená pomocou PEI / P3HT: PCBM. Hrúbka aktívnej vrstvy sa kontrolovala rýchlosťou procesu poťahovania pomocou odstreďovania. Po chvíli boli vzorky odstredené potiahnuté zriedeným PEDOT: PSS v IPA (1: 6) a prenesené do odparovacej komory. Nakoniec bola pomocou tiene masky nanesená kovová elektróda Ag s hrúbkou 100 nm s plochou zariadenia 0, 13 cm2.

Charakterizácia zariadenia

Na pozorovanie veľkosti Ag-NP bola použitá mikroskopia atómovej sily (AFM; Dimension 3100, Veeco) a NIR-UV-VIS spektrometer (Carry 500, Varian). Meranie IMVS a IMPS sa uskutočňovalo pomocou analyzátora impedancie (AviumStat, IVIUM Tech), ktorý meria optoelektronickú frekvenčnú odozvu vo frekvenčnom rozsahu 1 M Hz až 1 Hz pomocou zdroja svetla LED (IVIUM Tech., ModuLight) vo vzduchu. a teplotu miestnosti. LED (A = 635 nm) poskytovala ako DC, tak AC zložku osvetlenia, kde modulačná hĺbka AC komponentu superponovaného na DC svetlo bola 10%. Intenzita svetla bola 0, 86 mW / cm2, čo bolo zmerané fotodiódy kremíka. IMPS a IMVS boli získané za podmienok skratu a otvoreného obvodu. Charakteristiky JV fotovoltaických článkov sa merali pomocou meracej jednotky zdroja Keithley 2400 pod simulovaným spektrom AM1.5G so solárnym simulátorom Oriel 9600. Počas merania bol každý prst úplne izolovaný poškriabaním okolitých filmov okolo zariadení, aby sa zabránilo parazitárnemu prúdu. Vonkajšie kvantové účinnosti (EQE) boli merané s použitím systému merania PV pri tlaku okolia. Celková absorpcia zariadenia sa vyhodnotila zmeraním odrazu ( R ) zariadenia a absolútna absorpcia zariadenia sa vypočítala (100- R )%. Odraz sa uskutočňoval pomocou NIR-UV-Vis spektrometra s odrazovým doplnkom.

Ďalšie informácie

Ako citovať tento článok : Ho, NT et al . Zlepšenie procesu rekombinácie pomocou medzivrstvy vloženej do striebra a grafénu v kvantovej bodke pre efektívne organické tandemové bunky. Sci. Rep. 6, 30327; doi: 10, 1038 / srep30327 (2016).

Doplnková informácia

Word dokumenty

  1. 1.

    Doplnková informácia

Komentáre

Odoslaním komentára súhlasíte s tým, že budete dodržiavať naše zmluvné podmienky a pokyny pre komunitu. Ak zistíte, že je niečo urážlivé alebo nie je v súlade s našimi podmienkami alebo pokynmi, označte ho ako nevhodné.