有机太阳电池阴极界面工程及机理研究

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有机太阳能电池阴极界面材料

有机太阳能电池阴极界面材料
有机太阳能电池的阴极界面材料是非常重要的，它直接影响着
电池的性能和稳定性。

目前有机太阳能电池的阴极界面材料主要包
括以下几种：
1. PEDOT:PSS，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)，聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）是一种常用的有机太阳能电池阴极界面材料。

它具有
良好的导电性和透明性，能够有效地提高电子传输效率，同时还能
够提高光电转换效率。

2. C60/PCBM，富勒烯（C60）和苯基富勒烯（PCBM）是常用的
有机太阳能电池阴极界面材料。

它们具有良好的电子传输性能和光
吸收性能，能够有效地提高光电转换效率。

3. 银纳米线，银纳米线也被用作有机太阳能电池的阴极界面材料。

银纳米线具有优异的导电性和透明性，能够有效地提高电子传
输效率，并且具有较高的柔韧性和稳定性。

4. 铜铟镓硒（CIGS）纳米颗粒，CIGS纳米颗粒也被用作有机
太阳能电池的阴极界面材料。

它具有良好的光电性能和化学稳定性，
能够有效地提高光电转换效率。

总的来说，有机太阳能电池的阴极界面材料需要具有良好的导电性、光吸收性和化学稳定性，以提高电子传输效率和光电转换效率，从而提高整个电池的性能和稳定性。

在未来的研究中，科学家们还将不断探索新的阴极界面材料，以进一步提高有机太阳能电池的性能。

有机太阳能电池课件

透明导电氧化物
如氧化铟锡（ITO），具有高透光率、低电阻率，常用作电池的阳极。
金属电极
如铝、银等，具有良好的导电性和稳定性，常用作电池的阴极。
碳电极
如石墨烯、碳纤维等，具有高导电性、低成本和环境友好性，是电极材料的新兴选择。
电池结构
• 单异质结结构：由单一活性层夹在两个不同电极之间构成，简单且易于制备。 • 双异质结结构：由两种不同活性层材料组成，能够拓宽光谱吸收范围，提高光电转换效率。 • 叠层结构：将多个单电池按一定方式叠加起来，能够充分利用太阳光，并提高开路电压和填充因子。 • 这些材料与结构是有机太阳能电池的核心组成部分，深刻影响着电池的性能和效率。通过不断优化材料选择与结构设计，
VS
寿命
太阳能电池的寿命是指其在正常使用条件下性能衰减到一定程度所需的时间。提高有机太阳能电池的寿命需要优化材料和器件结构，降低载流子复合、界面缺陷等不利因素。同时，合适的封装技术和存储条件也可以延长有机太阳能电池的寿命。
05
有机太阳能电池的未来发展与挑战
提高光电转换效率的途径
活性层材料设计与优化
影响因素
光电转换效率受到多种因素影响，包括吸收光谱匹配、载流子迁移率、激子解离效率、电荷收集效率等。提高这些方面的性能可以有效提升有机太阳能电池的光电转换效率。
稳定性与寿命
稳定性
有机太阳能电池在长期使用过程中应保持良好的性能稳定性。这要求材料具有良好的光、热、氧稳定性，以及器件结构的有效封装。
涂膜工艺
旋涂法
将配制好的溶液通过旋涂法涂布在基底上，形成一层均匀、平整的薄膜。旋涂速度、溶液浓度和基底温度等因素都会影响膜厚和膜形貌。
刮刀法

有机太阳能电池阴极界面层概述

有机太阳能电池阴极界面层概述
周丹;秦元成;徐海涛;李明俊
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2018(032)013
【摘要】体相异质结聚合物太阳能电池因具有质轻、柔韧性好、便于大面积印刷
等优点引起了越来越多的关注.近年来,聚合物太阳能电池取得了较大的进步.然而,聚合物太阳能电池要实现商业化大面积制备还需要解决一些科学问题,如电荷的分离、传输和收集效率低等.良好的界面接触对提高器件性能至关重要.本文综述了聚合物
太阳能电池界面层的作用及分类,包括无机类、富勒烯类、水/醇溶性中性共轭聚合物、水/醇溶性离子型共轭聚合物电解质、超支化小分子和苝酰亚胺衍生物.
【总页数】8页(P2143-2150)
【作者】周丹;秦元成;徐海涛;李明俊
【作者单位】南昌航空大学环境与化学工程学院,南昌 330063;南昌航空大学环境
与化学工程学院,南昌 330063;南昌航空大学材料科学与工程学院,南昌 330063;南昌航空大学环境与化学工程学院,南昌 330063
【正文语种】中文
【中图分类】TM914.4
【相关文献】
1.界面层对LaBaCo2O5+δ阴极电化学性能的影响 [J], 戴海璐;陈涵;郭露村
2.采用亲水性聚合物阴极界面层的聚合物太阳电池 [J], 蔡平;朱永祥;徐晓峰;陈军
武;曹镛
3.基于《共轭聚电解质应用于聚合物太阳能电池阴极界面层》的教学理论探讨 [J], 史月琴; 李红霞
4.小分子叠层有机太阳能电池的界面层优化 [J], 骆昕; 金玉; 李志祥; 刘昱玮; 张宇; 林志坚; 吴志军
5.DLTA-ZnO为阴极界面层的高效非富勒烯有机太阳能电池 [J], 张杨;苏振英;张坚
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染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池

染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池太阳能作为清洁可再生能源的代表，受到了越来越多的关注和研究。

染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池作为太阳能电池中的两个重要类型，在近年来也备受研究者们的关注。

染料敏化太阳能电池以其高光电转化效率和低成本制备成本而备受瞩目，而有机太阳能电池则因其轻薄、柔性和可塑性等特点而受到广泛关注。

染料敏化太阳能电池是一种以染料分子吸收太阳能光子后释放出电子，通过电子传导实现光电转化的太阳能电池。

其结构主要由氧化物半导体阳极、电解质、染料敏化层和对电子导电的阴极等部分构成。

染料敏化太阳能电池的工作原理是通过染料分子吸收太阳光子，激发电子从染料分子跃迁到氧化物半导体中，然后通过半导体中的电子传导至电解质，生成电流来驱动外部电路的工作。

染料敏化太阳能电池的优点在于制备工艺简单、成本较低，而且在低光照条件下也能较好地工作。

有机太阳能电池是利用有机分子中的共轭结构来实现光电转化的太阳能电池。

其结构主要由电子给体、电子受体、导电层和阳极、阴极等部分构成。

有机太阳能电池的工作原理是当太阳光照射到有机分子上时，有机分子中的电子从共轭结构中跃迁到电子受体，然后通过导电层传输至阳极，最终驱动外部电路工作。

有机太阳能电池具有制备灵活、可塑性强、颜色丰富等优点，适合用于柔性电子产品的制备。

染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池在光电转化效率、稳定性、成本等方面仍存在一些挑战和问题。

染料敏化太阳能电池中的染料分子易受光热等因素影响而发生分解，导致电池寿命较短；有机太阳能电池在光电转化效率和稳定性方面还有待提高。

因此，如何提高染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池的光电转化效率和稳定性，降低制备成本，是当前研究的重点和挑战之一。

近年来，研究者们通过改善染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池的材料选择、结构设计、界面工程等方面进行了大量研究工作。

在染料敏化太阳能电池方面，研究者们通过设计新型染料分子、氧化物半导体材料、电解质等来提高光电转化效率和稳定性，同时也在染料的光热稳定性、光吸收范围等方面进行了深入研究。

钙钛矿太阳能电池中界面缺陷的研究

钙钛矿太阳能电池中界面缺陷的研究钙钛矿太阳能电池是一种新兴的太阳能转换技术，具有高转换效率和低制造成本等优势，然而，其性能仍受界面缺陷的制约。

本文将探讨钙钛矿太阳能电池中界面缺陷的研究进展和挑战。

1. 引言钙钛矿太阳能电池作为新一代太阳能转换器，近年来受到广泛关注。

其高光吸收系数、长寿命和低制造成本等优点，使其成为替代传统硅基太阳能电池的有力竞争者。

然而，界面缺陷的存在对其光电转换效率产生严重影响。

2. 界面缺陷的类型钙钛矿太阳能电池中的界面缺陷主要包括电荷传输层和钙钛矿薄膜之间的接触界面缺陷以及钙钛矿晶粒内部的晶界缺陷。

这些缺陷对电池的光吸收、光电转换和电荷传输等环节都会造成不利影响。

3. 研究进展近年来，许多研究人员致力于理解和解决钙钛矿太阳能电池中的界面缺陷问题。

一方面，他们利用表征技术如原子力显微镜(AFM)、隧道电子显微镜(TEM)和电子能量损失谱(ELS)等，研究界面缺陷的形貌和本质。

另一方面，他们通过优化电池材料、调控工艺和改进界面工程等方法，提高钙钛矿太阳能电池的性能。

4. 接触界面缺陷的研究研究人员发现，电荷传输层和钙钛矿薄膜之间的接触界面是影响钙钛矿太阳能电池性能的主要因素之一。

界面缺陷会导致电子和空穴的再组合，从而限制电荷的传输效率。

针对这一问题，研究人员通过调控界面材料、优化界面结构和加强界面耦合等策略，取得了一系列显著的进展。

5. 晶界缺陷的研究钙钛矿晶界是导致界面缺陷的另一个重要来源。

晶界缺陷不仅限制电子和空穴的传输，还影响钙钛矿薄膜的结构稳定性和光电性能。

为了克服晶界缺陷的负面影响，研究人员采取了多种策略，如晶界工程、表面修饰和掺杂等，以提高钙钛矿太阳能电池的性能。

6. 挑战与展望尽管在钙钛矿太阳能电池的界面缺陷研究方面取得了一些重要进展，但仍然存在许多挑战。

首先，缺乏对界面缺陷形成机理的全面理解。

其次，现有的材料和工程方法仍然不能完全消除界面缺陷。

此外，大规模生产钙钛矿太阳能电池的可行性和稳定性问题也是需要解决的难题。

《ZnO电子传输层缺陷钝化提升有机太阳能电池性能研究》

《ZnO电子传输层缺陷钝化提升有机太阳能电池性能研究》一、引言随着对可再生能源的追求日益增长，有机太阳能电池（OSC）因其低成本、轻量化和可大面积制备等优点，受到了广泛关注。

然而，其性能仍需进一步提高以满足实际应用的需求。

ZnO作为一种常用的电子传输层材料，在OSC中扮演着关键角色。

本研究致力于通过ZnO电子传输层缺陷钝化技术，提升有机太阳能电池的性能。

二、ZnO电子传输层及缺陷钝化技术概述ZnO因其高电子迁移率、良好的成膜性和稳定的物理化学性质，被广泛用作OSC的电子传输层。

然而，ZnO的缺陷状态，如氧空位和锌间隙，可能会成为电子-空穴复合的中心，从而降低电池的效率。

缺陷钝化技术，通过在ZnO表面引入适当的物质或结构，可以有效地减少这些缺陷，从而提高OSC的性能。

三、研究方法本研究采用溶胶-凝胶法制备ZnO电子传输层，并通过引入适当的钝化剂进行缺陷钝化。

我们利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和光致发光光谱（PL）等手段对样品的结构和性能进行表征。

同时，我们还通过电流-电压（I-V）特性测试评估了太阳能电池的性能。

四、实验结果与讨论1. 结构与形貌分析通过XRD和SEM分析，我们发现经过钝化处理的ZnO电子传输层具有更好的结晶度和更均匀的表面形貌。

这有利于提高电子的传输效率，减少电子-空穴的复合。

2. 光学性能分析PL光谱显示，经过钝化处理的ZnO电子传输层的缺陷态密度明显降低。

这表明钝化剂有效地减少了ZnO中的缺陷，从而降低了非辐射复合的概率。

3. 太阳能电池性能分析I-V特性测试结果显示，经过ZnO电子传输层缺陷钝化处理的有机太阳能电池具有更高的开路电压、短路电流和填充因子，从而提高了整体的光电转换效率。

这证明了缺陷钝化技术可以有效提高OSC的性能。

五、结论本研究通过ZnO电子传输层缺陷钝化技术，成功提高了有机太阳能电池的性能。

实验结果表明，钝化处理可以降低ZnO的缺陷态密度，提高电子的传输效率，减少电子-空穴的复合。

有机太阳能电池的新材料和结构设计

有机太阳能电池的新材料和结构设计随着人类对清洁能源的需求不断增长，有机太阳能电池的应用越来越广泛。

然而，目前存在的有机太阳能电池的效率和稳定性仍然有待提高。

因此，新材料和结构设计的研究成为了有机太阳能电池研究中的热点。

一、新材料的研究1.吸收材料有机太阳能电池的光电转换效率取决于吸收材料的吸光和电荷分离效果。

目前，最常用的吸收材料为全氧化钛钙和卟啉，但是它们的效率和稳定性都有限。

因此，研究新型吸收材料是有机太阳能电池研究中的重要方向。

近年来，一些杂环化合物被发现具有优异的光电转换性能。

例如，苯并噻二唑、苯并咔唑、芳香异构体等有希望成为新型吸收材料。

这些杂环化合物具有良好的吸光和电荷分离效果，能够提高电池的光电转换效率和稳定性。

2.电荷传输材料除了吸收材料外，电荷传输材料也是影响有机太阳能电池性能的重要因素。

电荷传输材料的主要作用是促进电荷的运输和收集，因此具有优异的导电性和光学透明性是必要的条件。

近年来，一些新型电荷传输材料被开发出来，并取得了较好的应用效果。

例如，二嗪基苯胺、聚芳胺、醋酸纤维素等材料，它们具有较强的导电性和光学透明性，能够促进电池中电荷的传输和收集，从而提高电池的光电转换效率和稳定性。

二、结构设计的研究1.器件结构的优化有机太阳能电池的器件结构对其光电转换性能也有很大影响。

一般来说，器件结构包括电极、吸收层、电荷传输层和反射层等组成部分。

这些组成部分的结构设计和材料选择都会直接影响有机太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

近年来，一些新型器件结构被提出来以提高有机太阳能电池的性能，例如，亩甲基-富勒烯作为电荷传输层的有机太阳能电池、浸渍胶体颗粒作为吸收层的有机太阳能电池等。

这些新型器件结构具有更优异的性能和更稳定的性能，能够满足不同应用场合的需求。

2.界面工程的优化有机太阳能电池的界面特性也对其性能有重要影响。

在有机太阳能电池中，光电转换的关键就是界面上的电荷分离和移动。

因此，优化界面工程以提高电池的电荷分离和移动效率是有机太阳能电池研究中的重要问题。

有机太阳能电池简介及产业化前景

打下了基础。有机太阳能电池中的活性材料包
在太阳光照条件下，有机半导体吸
收具有一定能量的光子后就会激发一个电子从最高占据分子轨道（ＭＯＨＯ）跃迁到最低未占分子轨道（ＵＭＯ）Ｌ，而
在Ｈ０ＭＯ留出空位，一空位被称处这
括有机小分子和聚合物这２种材料。聚合物材料因其成膜工艺简便，因而更受研究者的青睐。般实验室里是一
电荷转移
Ｌｕ
。
ｊ：＝
ＬＵＭｏ
。。。．，，
中
ＨｏＭｏＶ
给体
ＨｏＭｏ
给体
受体
（）照下在有机半导体材料中生成激子１光
无机材料制成的器件实现光电转换。其中，太阳能电池是２世纪９年有机Ｏ０
代发展起来的新型太阳能电池，是它
以有机半导体作为实现光电转换的活性材料。与无机太阳能电池相比，它具有成本低、厚度薄、量轻、质制造工艺
２有机太阳能电池的制备工艺．
有机太阳能电池中通常所用的铟
锡氧化物（）ＩＴＯ阳极是通过溅射的方法制备的，但由于地球上的铟储量相对较少，不利于日后有机太阳能电池的大规模使用，研究者希望使用别的替代物
为空穴，空穴带有正电荷。受人射光子激发而形成的电子和空穴会以具有较强束缚能的电子一穴对（空即激子）的
源。阳能取之不尽、太用之不竭，是一

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有机太阳电池阴极界面工程及机理研究
有机太阳电池（OSCs）由于具有制备成本低、可溶液加工、质轻、柔性、可
实现卷对卷大面积生产等优势而引起了广泛关注。随着研究的不断深入,OSCs性
能不断提升,器件的功率转换效率（PCE）不断被刷新。
到目前为止,单节OSCs的PCE已经超过了15%,器件效率不断提高主要归因
于新活性层材料的合成,器件结构的优化,活性层形貌的调控以及电极界面的修
饰。在活性层和电极之间引入电极界面层的目的主要是降低载流子的抽取势垒,
改善活性层和电极的接触,从而在电极界面处实现欧姆接触,是提高器件性能的
一种有效手段。
本论文将围绕OSCs阴极界面层（CIL）开展研究。分别研究反式OSC中碱金
属氟化物（AMF）作为氧化锌（ZnO）掺杂剂的应用及作用机理和表面活性剂包覆
多金属氧簇复合物（SEPC）作为CIL在正式OSC的应用及其作用机理。
本论文主要阐述了以下内容:第一章中,绪论部分除简述了OSCs的发展历史、
研究进展、基本工作原理和分类、也描述了器件的制备流程和表征OSC性能的参
数。最后重点阐述了阴、阳极界面材料的种类和发展。
第二章中,系统研究了碱金属氟化物（AMFs）作为ZnO的掺杂剂提高反式OSCs
器件性能的作用机理。使用AMFs掺杂ZnO可以有效地提高器件的载流子抽取能
力,电子迁移率,电子浓度和内建电场。
结果以NaF、KF、CsF掺杂ZnO为CIL的基于PTB7:PC₇₁BM的
OSCs的PCE分别达到了8.64%,8.39%,8.28%。X射线光电子能谱（XPS）结果呈
现AMFs的引入减少了ZnO表面的氧缺陷态。
扫描电子显微镜-能量色散谱（SEM-EDS mapping）图和XPS深度剖析结果表
明ZnO:NaF表面的钠离子数量明显高于ZnO:KF表面的钾离子数量及ZnO:CsF表
面的铯离子数量,因此钠离子有更多的机会接触到ZnO表面的缺陷。所以含有
ZnO:NaF的器件呈现了最高的器件性能。
第三章中,利用一种新型的具有取代基团的SEPC,即
[(C₈H₁₇)₄N]₄[PW_{11ub>VO₄₀]作为CIL制备了一系列富勒烯（FA）和非富勒烯（NFA）体
系的OSCs,以PTB7-Th:PC₇₁BM为活性层的OSCs的PCE可以达到
9.67%,PBDB-T:ITIC为活性层的OSCs的最大PCE可以达到10.67%,这说明
TAPW₁₁-V是一种既适用于FA体系,又适用于NFA体系的高效的通用
CIL材料。另外,载流子迁移率测量和电容-电压特性曲线表征结果表明在OSCs
中引入TAPW₁₁-V做CIL可以有效的提高载流子迁移率,载流子密度
和内建电场等。
通过紫外光电子能谱（UPS）表征,我们发现TAPW₁₁-V不但降低
了铝的功函数,又被铝进行了n型掺杂,这有利于增加电子的密度和电子的抽出,
从而进一步提高OSCs的性能。}