Summary
Dit manuscript wordt beschreven hoe om te ontwerpen en fabriceren van efficiënte omgekeerde SMPV1:PC71BM zonnecellen met ZnO nanostaafjes (NRs) gegroeid op een hoge kwaliteit Al-doped ZnO (AZOKLEURSTOFFEN) zaad laag. De goed uitgelijnde verticaal georiënteerde ZnO NRs tentoonstelling hoge kristallijne eigenschappen. Het omzettingsrendement van de macht van zonnecellen kan 6.01% bereiken.
Abstract
Dit manuscript wordt beschreven hoe u ontwerpen en fabriceren van efficiënte omgekeerde zonnecellen, die op een twee-dimensionale geconjugeerd klein molecuul (SMPV1 berusten) en [6,6] - fenyl - C71-boterzuur methylester (PC71BM), door gebruik te maken van ZnO nanostaafjes (NRs) gegroeid op een hoge kwaliteit Al-doped ZnO (AZOKLEURSTOFFEN) zaad laag. De omgekeerde SMPV1:PC71BM zonnecellen met ZnO NRs dat op beide een plaatgaasfolie en sol-gel verwerkte AZO zaad-laag groeide zijn gefabriceerd. Vergeleken met de AZO dunne film bereid volgens de methode van de sol-gel, vertoont de plaatgaasfolie AZO dunne film beter kristallisatie en lagere oppervlakteruwheid, volgens röntgendiffractie (XRD) en atomaire kracht Microscoop (AFM) metingen. De oriëntatie van de ZnO NRs gegroeid op een plaatgaasfolie AZO zaad laag toont beter verticale uitlijning, die gunstig is voor de afzetting van de latere actieve laag, vorming van betere oppervlakte morphologies. De bovengrondse morfologie van de actieve laag domineert in het algemeen, vooral de opvulfactor (FF) van de apparaten. De goed uitgelijnde ZnO NRs kan bijgevolg worden gebruikt om de collectie van de drager van de actieve laag en te verhogen de FF van de zonnecellen. Bovendien, als de structuur van een anti-reflectie, kan het ook worden gebruikt om de lichte oogsten van de laag absorptie, met het omzettingsrendement van macht (PCE) van zonnecellen bereiken 6.01%, hoger dan de sol-gel op basis van zonnecellen met een rendement van 4,74 %.
Introduction
Organische fotovoltaïsche (OPV) apparaten hebben onlangs opmerkelijke ontwikkelingen bij de toepassing van hernieuwbare energiebronnen ondergaan. Dergelijke biologische apparaten hebben vele voordelen, met inbegrip van het oplossingsproces compatibiliteit, lage kosten, licht gewicht, flexibiliteit, etc.1,2,3,4,5 tot nu toe polymeer zonnecellen (PSC's) met een PCE van meer dan 10% hebben ontwikkeld door gebruik te maken van het geconjugeerd polymeren vermengd met PC71BM6. Vergeleken met polymeer gebaseerde PSC's, kleine molecuul gebaseerde OPVs (SM-OPVs) hebben meer aandacht aangetrokken als het gaat om het fabriceren van OPVs als gevolg van hun verschillende duidelijke voordelen, met inbegrip van welomschreven chemische structuren, facile synthese en zuivering, en over het algemeen hogere open circuit voltage (Voc)7,8,9. Op dit moment een 2D-structuur geconjugeerd klein molecuul SMPV1 (2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) met BDT-T (benzo [1,2-b:4, 5-b'] dithiophene) als de kern eenheid en 3-octylrodanine als de intrekking van de elektron einde-groep10 is ontworpen en gewend mix met PC71BM voor veelbelovende duurzame toepassing van de OPVs. De PCE van conventionele kleine molecuul zonnecellen (SM-OPVs) op basis van SMPV1 vermengd met PC71BM heeft bereikt meer dan 8,0%10,11.
In het verleden kon PSC's worden verbeterd en geoptimaliseerd gewoon door het aanpassen van de dikte van de actieve laag. In tegenstelling tot de PSC hebben SM-OPVs in het algemeen echter een kortere lengte van verspreiding, die sterk de dikte van de actieve laag beperkt. Vandaar, om verder verhogen de korte stroomdichtheid (Jsc) van SM-OPVs, met behulp van de nano-structuur12 of NRs9 ter verbetering van de optische absorptie van SM-OPVs werd noodzakelijk.
Tussen deze methoden is de anti-reflectie NRs structuur in het algemeen effectief voor lichte oogsten van de actieve laag over een breed scala aan golflengten; Daarom is het zeer kritisch weten hoe om te groeien goed uitgelijnde verticaal georiënteerd zinkoxide (ZnO)-NRs. De oppervlakteruwheid van de zaad-laag onder de laag ZnO NRs heeft een grote invloed op de oriëntatie van de NR arrays; Daarom, om goed georiënteerde NRs storten, de kristallisatie van de zaad-laag moet juist gecontroleerde9.
In dit werk, worden de AZO films voorbereid door theRadio-frequentie (RF) sputteren techniek. Vergeleken met andere technieken, is RF sputteren bekend om zijn een efficiënte technologie die kan worden overgedragen aan de industrie voor het is een betrouwbare afzetting techniek, waarmee de synthese van hoge zuiverheid, uniform, glad en zelf duurzame AZO dunne lagen te groeien over groot gebied substraten. Met behulp van de RF kathodische depositie kan de vorming van hoge kwaliteit AZO films die hoge kristallisatie met verminderde ruwheid van oppervlak exposeren. In de daaropvolgende groei laag, zijn daarom zeer de oriëntaties van de NRs uitgelijnd, zelfs meer dus als in vergelijking met ZnO films bereid volgens de methode van de sol-gel. Met behulp van deze techniek, kan de PCE van de omgekeerde klein molecuul zonnecellen gebaseerd op goed uitgelijnd verticaal georiënteerd ZnO NR arrays 6.01% bereiken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. groei van AZOKLEURSTOFFEN plaatgaasfolie zaad laag op ITO substraat
- Stok 4 stuks van de anti-corrosie tape (0.3 x 1,5 cm) aan de ene kant van het indium tin oxide (ITO) substraat te vormen een vierkant (1,5 x 1,5 cm). Zet de ITO in 15 min naar de blootgestelde gebied van ITO etch zoutzuur.
- Verwijder de tape en schoon het monster met behulp van een ultrasoonapparaat; Bewerk ultrasone trillingen ten met gedeïoniseerd water (DI) water aceton, ethanol en isopropanol en op zijn beurt voor elke 30 min. Het patroon ITO met een pistool samengeperste stikstof en föhn.
- Koppelt de schoongemaakte gedessineerde ITO substraten op de houder van het substraat met tape, en laadt de houder in de belangrijkste kamer van RF systeem sputteren. Pomp de druk van de kamer om te lager dan 4 x 10-6 torr via de mechanische en diffusie pomp om ecologische zuiverheid.
- Invoegen van zuiver argon gas (debiet: 30 sccm) in de belangrijkste kamer en de controle van de pomp te houden van de druk van de kamer op 1 mtorr.
- De AZO zaad lagen met behulp van de RF (13,56 MHz) methode, op basis van de gerapporteerde methode13sputteren voor te bereiden. Gebruik een circulaire 2 in dimensie AZO (2 wt Al2O3 in ZnO) keramische procent te deponeren ze op vooraf gereinigd ITO glazen substraten. Houd de afstand van de target-naar-substraat op 10 cm.
- Handhaven werkdruk op 1 mtorr en RF vermogen bij 40 W tijdens de afzetting. Controle van de temperatuur van de ondergrond bij kamertemperatuur. Stel de toegepaste DC bias en afzetting rate tot 187 V en 4 nm/min, respectievelijk te storten de AZO dunne film. De dikte van de laag AZO zaad moet worden gecontroleerd op 40 nm gebaseerd op de quartz crystal dikte monitor.
- Nadat het monster tot 30 ° C in de zaal afkoelt, uitschakelen van de pomp en stikstofgas invoegen met de belangrijkste kamer, totdat de kamer kan worden geopend. Verwijder het monster uit de houder van het substraat.
2. de groei van de Sol-gel verwerkt ZnO zaad laag op ITO substraat
- De ZnO zaad laag op het patroon ITO substraat storten door de sol-gel spin coating methode14. Het zink acetaat (dihydraat) p.a., 2-methoxethanol en monoëthanolamine (MEA) worden gebruikt als de uitgangsstoffen, oplosmiddel, en stabilisator, respectievelijk.
- Los de zink acetaat (dihydraat) p.a. (4.39 g) in een mengsel van 2-methoxethanol (40 mL) en MEA (1,22 g) te verkrijgen van de zink-acetaat concentratie van 0,5 M.
- Roer het resulterende mengsel bij 60 ° C gedurende 2 uur. Laat de sol zitten voor 12u een duidelijke en transparante homogene oplossing vormen.
- Stort de ZnO zaad laag op de schoongemaakte ITO patroon glazen substraten met behulp van de methode van de spin coating. Voeg 0,1 mL oplossing van de sol-gel op het substraat en draaien bij 3000 t/min voor 30 s met behulp van een draai-coater.
- Na spin coating, droge de film bij 200 ° C gedurende 30 minuten op een hete plaat zodat het oplosmiddel te verdampen en het verwijderen van de organische reststoffen. De dikte van de laag ZnO zaad moet ongeveer 40 nm14.
3. de groei van ZnO NR Array op een laag zaad
- Groeien de ZnO NR matrix hydrothermale methode.
- Mix 1,49 g zink nitraat-hexahydraat (Zn (3)2·6H2O) en 0,7 g hexamethyleentetramine (HMT) (C6H12N4) in 100 mL DI water. Roer het resulterende mengsel bij kamertemperatuur gedurende 30 minuten.
- De ITO-kant van de AZOKLEURSTOFFEN plaatgaasfolie zaad laag met de monsters van de sol-gel ZnO hechten aan het glas van de cover met behulp van tape. Zet de monsters in een 50 mL polypropyleen conische buis gevuld met de 50 mL oplossing van Zn (3)2·6H2O en HMT.
- Tijdens de groei, verhit de polypropyleen conische buis door het leggen van het horizontaal in een laboratorium oven met de monsters van de spin gecoat naar beneden, en handhaving van de temperaturen bij 90 ° C gedurende 90 min.
- Aan het einde van de groeiperiode, verwijder de substraten uit de oplossing en onmiddellijk spoel het oppervlak van de steekproef met DI water en ethanol (binnen twee wassen flessen) op hun beurt weer voor 1 min elke resterende zout uit het oppervlak verwijderen. Het monster met behulp van een gecomprimeerde stikstof-pistool en föhn en het bakken op een hete plaat bij 250 ° C gedurende 10 minuten.
4. fabricage en meting van omgekeerde klein molecuul zonnecellen
- Laden van de ITO-substraat met de ZnO NR-array op een spin-coater in de ' glovebox '. Meng 1 mL tolueen 15 mg SMPV1 en 11.25 mg van PC71BM. toevoegen met 0,1 mL oplossing, draai het monster bij 2.000 rpm voor 40 s met behulp van een draai-coater, en het gloeien bij 60 ° C gedurende 2 minuten.
- Na de onthardende proces, het substraat in een thermische verdamping te plaatsen. Pomp de Vacuuemcel aanvankelijk het gebruik van een mechanische pomp totdat de druk 4 x 10-2 torr, dan overschakelen naar een turbo pomp te maken van de omgevingsdruk < 4 x 10-6 torr.
- Stort de MoO3 laags met een snelheid van de depositie van 0,1 nm/s door verwarming MoO3 poeder in een vuurbestendige molybdeen boot met een Z-ratio van 1.0 en een input stroom van 105 A. storting de Ag laag tempo een afzetting van 0,5 nm/s door verwarming zilveren ingots in een vuurbestendige t ungsten boot met een Z-ratio van 0.529 en een input stroom van 190 A. Het systeem dient een kwartskristal verdamping tarief monitor voor het beheersen van het proces van verdamping. De dikte van de MoO3 en Ag lagen moet worden gecontroleerd om te worden 5 en 150 nm, respectievelijk gebaseerd op de quartz crystal dikte monitor.
- Nadat het monster tot 30 ° C in de zaal afkoelt, uitschakelen van de pomp en stikstofgas invoegen in de bedwelmingsruimte totdat de kamer kan worden geopend. Verwijder het monster uit de houder van het substraat en laadt het monster in de ' glovebox '.
- Open het systeem zonne-simulator en 20 min wachten totdat de lichtbron van het systeem stabiel is. Verlichten van het monster bij 100 mW/cm2 uit een zonne-simulator met behulp van een luchtmassa 1.5 global (AM 1.5G) filter. Gelijktijdig, gebruik maken van de analyzer te vegen van het apparaat van -1 V + 1 V aan het verkrijgen van de stroomdichtheid-spanning (J-V) curve14,15.
5. karakterisering technieken
- Voer de röntgendiffractie meet16 met een Cu Kα bron te bestuderen van de structuren van de ZnO NRs, op de AZO plaatgaasfolie zaad laag en de ZnO sol-gel verwerkt zaad. De snelheid van de scan moet 1 ° / min. en het scanbereik moet 10-90 ° (2θ).
- Karakteriseren de bovengrondse morfologie en het transversale imago van de monsters door veld emissie elektronenmicroscopie17 scannen door het instellen van de bedrijfsspanning 10 kV.
- Verkrijgen van de micro fotoluminescentie (PL) spectra van alle van de monsters met behulp van een 325 nm hij-Cd CW laser (20 mW) als de excitatie-bron met een 2400 raspend groeven/mm in de backscattering geometrie. AllPL metingen18 moet worden uitgevoerd bij kamertemperatuur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De gelaagde structuur van de apparaten bestond uit een ITO substraat/AZO (40 nm) / ZnO NRs laag, SMPV1:PC71BM (80 nm) /3 MoO (5 nm) /Ag (150 nm) zoals aangegeven in Figuur 1. In het algemeen, wordt de AZO of ZnO zaad laag veel gebruikt om te functioneren als het elektronentransport laag (ETL) in PSC's apparaten. Afgezien van PSC hebben SM-OPVs meestal een kortere actieve laag, beperkt door de kortere diffusie lengte8. Vandaar, om verder de mogelijkheid van licht-oogst van apparaten te verbeteren, de ZnO NRs laag wordt ingevoerd om te worden gekweekt op de zaad-laag, om te werken als een anti-reflectie laag ter verbetering van de verzameling van het invallende licht en het areaal van de interface voor vervoerder vergroten collectie op de dezelfde tijd12,14.
De bovengrondse morfologie en de ruwheid van de laag zaad hebben een aanzienlijke invloed op de afdrukstand van de matrices NR. Figuur 2a en Figuur 2b areAFM beelden van de laag van zaad op basis van het sputteren methode en de methode van de sol-gel, respectievelijk. De bovengrondse morfologie van de sol-gel verwerkt zaad laag kan worden gezien niet alleen vertonen hogere ruwheid, maar ook aan vormen een natuurlijke ridge patroon. Dientengevolge zullen de oriëntatie van de NR arrays geteeld op de laag van de sol-gel verwerkt veel ruwer dan lagen gegroeid met behulp van het sputteren techniek. Figuur 2 c en 2d afbeelding tonen de scannende elektronen microscoop (SEM) beelden van de NR arrays respectievelijk op de laag plaatgaasfolie zaad en de sol-gel verwerkt zaad geteeld. Duidelijk, de richting van de NR arrays geteeld op de plaatgaasfolie AZO laag kan worden waargenomen te zijn beter dan die geteeld op de sol-gel verwerkt ZnO laag.
Naast de beelden van de SEM, om verdere schatten de oriëntatie van de NR arrays, is XRD analyse (Figuur 3) gebruikt ter identificatie van de richting en de kristallisatie van de matrices NR. Vergeleken met de XRD spectra van de NRs gegroeid op een sol-gel verwerkt zaad laag, Toon de spectra van NR arrays op basis van een plaatgaasfolie zaad laag een relatief sterker piek 34.5 ° bevindt, die aangeeft dat niet alleen de oriëntatie, maar ook de kristallisatie van de ZnO NR arrays ik s beter op de plaatgaasfolie laag dan op de sol-gel proces laag.
Evenals de XRD meting van de laag van het zaad, zijn ook de µ-PL spectra van NRs gemeten. Figuur 4 toont de PL spectra van de NR matrices met verschillende afzetting methoden. De uitstoot piek op 385 nm is afkomstig uit de excitonic recombinatie19. Aan de andere kant, komt de groene emissie van de spectra van zuurstof vacatures (intrinsieke gebreken), wat weer inhoudt dat de kwaliteit van de film van de plaatgaasfolie laag beter dan de kwaliteit van de film gevormd door de sol-gel-methode is. Het kan worden opgemerkt dat de spectra van de PL van de NRs ZnO op plaatgaasfolie AZO toont een aanzienlijk zwakker piek op 385 nm vergeleken met die van de NRs ZnO op sol-gel ZnO. Dit aanzienlijke PL blussen gebeurt in de matrix ZnO NR op de plaatgaasfolie AZO zaad laag, impliceert dat de laag AZO zaad beter exciton dissociatie bevat en scheiding vermogen dan die van de ZnO sol-gel zaad laag in rekening te brengen. De resultaten onthullen dat de AZO/ZnO NRs laag gebaseerd op het sputteren proces lijkt te zijn een betere elektronentransport laag dan die gebaseerd op het oplossingsproces in beslag.
Figuur 5 toont de J-V-kenmerken van de apparaten met een laag plaatgaasfolie AZO zaad en een sol-gel verwerkt ZnO zaad laag. De kortsluiting huidige Jsc, open circuit voltage Voc, FF en de PCE kunnen worden afgeleid uit de J-V-curven. De apparaten met een laag plaatgaasfolie zaad vertonen Jsc 11.96 mA/cm,2, Voc van 0,87 V, FF van 57,8% en PCE 6.01%, dat beter dan de sol-gel is verwerkt zonnecel met Jsc 10.01 mA/cm,2, Voc voor 0.88 V , FF 53,8% en PCE van 4,74%.
Tabel 1 toont de prestaties van de apparaten met verschillende zaad lagen. Gebruik makend van de laag plaatgaasfolie zaad, goed uitgelijnde verticaal georiënteerd ZnO NR ETL kan worden gevormd, en daardoor niet alleen de absorptie, maar ook de efficiëntie van de collectie vervoerder kan worden verbeterd. Dientengevolge, vertonen vergeleken met de apparaten van de sol-gel verwerkt, apparaten met een laag plaatgaasfolie zaad hogere Jsc waarde (11.96 mA/cm2) en beter FF waarde (57.8%), zoals aangegeven in tabel 1.
Figuur 1: Schematisch diagram van de structuur van de zonnecel omgekeerde klein molecuul. Gelaagde structuur van de apparaten bestond uit ITO substraat/AZO (40 nm) / ZnO NRs laag, SMPV1:PC71BM (80 nm) /3 MoO (5 nm) /Ag (150 nm). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: AFM en SEM beelden van matrix ZnO NR. AFM afbeeldingen van ZnO NR matrix geteeld op (een) een plaatgaasfolie AZO zaad laag en (b) een sol-gel verwerkt ZnO zaad laag; SEM bovenaanzicht afbeeldingen van ZnO NR matrix geteeld op (c) een plaatgaasfolie AZO zaad laag en (d) een sol-gel verwerkt ZnO zaad laag. De bovengrondse morfologie en de ruwheid van de ZnO NRs laag kunnen worden waargenomen via de AFM en SEM beelden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: XRD spectra van matrix ZnO NR. Het XRD patroon van ZnO NR matrix geteeld op een plaatgaasfolie AZO zaad laag en een sol-gel verwerkt ZnO zaad. De richting en de kristallisatie van de NRs kunnen worden geïdentificeerd door de XRD spectra. De matrix van de ZnO NR geteeld op verschillende zaad lagen vertoont bijna dezelfde afdrukstand (002). De kracht van de (002) piek voor de NRs op plaatgaasfolie AZO zaad laag is sterker dan dat op sol-gel verwerkt ZnO zaad laag, onthullen dat de ZnO NRs op plaatgaasfolie AZO zaad laag beter verticale richting langs de (002) as vertoont. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: PL spectra van AZOKLEURSTOFFEN en ZnO zaad laag. De PL-spectra van een plaatgaasfolie AZO zaad laag en een sol-gel verwerkt ZnO zaad. De gebreken en de exciton dissociatie vermogen van de NRs kunnen worden geëvalueerd door de PL-spectra. De uitstoot piek op 385 nm is afkomstig uit de excitonic recombinatie en de groene emissie van de spectra komt uit zuurstof vacatures van de matrix ZnO NR. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: J-V curve van de apparaten met verschillende zaad lagen. De eigenschappen van de J-V van inrichtingen onder verlichting met een plaatgaasfolie AZO zaad laag en een sol-gel verwerkt ZnO zaad laag. De prestaties van de zonnecellen kan worden afgeleid uit de J-V curven14. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
| Apparaten | Voc (V) | Jsc (mA/cm2) | FF (%) | PCE(%) |
| Sputteren zaad laag | 0,87 | 11.96 | 57,8 | 6.01 |
| Sol-gel verwerkt zaad laag | 0.88 | 10.01 | 53.8 | 4,74 |
Tabel 1: de prestaties van de apparaten met verschillende zaad lagen. Een samenvatting van de prestaties van de hulpmiddelen is afgeleid van J-V krommen met inbegrip van kortsluiting stroom, open circuit voltage, opvulfactor en de energie-conversie-efficiëntie
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Door gebruik te maken van de NRs tussenlaag, kan de Jsc zowel de FF van de apparaten worden verbeterd. De oppervlakteruwheid van NRs zal echter ook invloed op de latere processen. Dus, de afdrukstand en de bovengrondse morfologie van de NRs moeten zorgvuldig gemanipuleerd worden. Voor een lange tijd verwerkt de sol-gel ETL zoals TiO2 en ZnO werden vaak gebruikt in PSC's als gevolg van hun eenvoudige procedures. Echter de kristallisatie van sol-gel verwerkt lagen is over het algemeen van de amorfe type, en de bovengrondse morfologie van de lagen is ruw in de meerderheid van de gevallen. Vandaar, in deze studie, om exact bepalen de kwaliteit van de film van de zaad-laag, de laag plaatgaasfolie zaad is geselecteerd ter vervanging van de sol-gel verwerkt zaad laag. De ZnO NRs geteeld op de laag plaatgaasfolie AZO zaad Toon ook beter verticale uitlijning, die gunstig is voor de daaropvolgende processen. Opgemerkt wordt dat aan het einde van het groeiproces van de NRs, de voorloper van de resterende oplosmiddel op de NRs moet worden verwijderd, en dus het monster moet op de hete plaat om ervoor te zorgen dat de resterende oplosmiddel droogt volledig worden gebakken. Bovendien, om te voorkomen dat het gloeien effect wijzigen de bovengrondse morfologie, het drogen temperatuur ligt bij 250 ° C, hetgeen lager dan de temperatuur van de herkristallisatie van de ZnO is.
In het algemeen, domineert de transportlaag van de OPV apparaten de vervoerder verzamelen en vervoeren van de zonnecellen. Dientengevolge, is verbetering van de mobiliteit van de transportlagen zeer kritisch9. In tegenstelling tot de film van de sol-gel verwerkt, kan door te passen de RF power, de temperatuur van de depositie, en concentratie van de AZOKLEURSTOFFEN target, doping de plaatgaasfolie AZO zaad laag film handhaven hoge kristallisatie en hoge elektron mobiliteit.
Zelfs onder verschillende omgevingen of voorwaarden van deze productie-procédé is het nog gemakkelijk te repliceren van de resultaten van het experiment. Zolang de kwaliteit van de film van de laag van het zaad is goed onder controle, kan de goed uitgelijnde verticaal georiënteerd ZnO NR array gemakkelijk worden verkregen.
Hoewel de ZnO NR matrix groot potentieel om te functioneren als ETL in OPVs toont, is de weerstand van het blad van de matrix ZnO NR nog steeds hoog. Vandaar, de ZnO NR arrays kunnen vervangen van de ITO en moeten zijn compatibel met de ITO of andere transparante elektroden tijdens de toepassingen.
Dan functioneren als de ETL in de SM-OPVs, kunnen de goed uitgelijnde verticaal georiënteerd ZnO NR arrays ook werken als een anti-reflectie laag in een organische licht afgevende diodes (OLED) om licht emissie20. Bovendien, voor verlichting toepassingen, het kan functioneren als een donor recombineren met gaten aan het licht van een specifieke golflengte21uitstralen. Dus, wij zijn van mening dat hoge kwaliteit plaatgaasfolie AZO film en goed uitgelijnde verticaal georiënteerd ZnO NR arrays zal een belangrijke rol spelen in de opto-elektronica-industrie in de toekomst.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.
Acknowledgments
De auteurs bedank het National Science Raad van China voor de financiële ondersteuning van dit onderzoek onder Contract nr. MEESTE 106-2221-E-239-035, en de meeste 106-2119-M-033-00.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AZO target | Ultimate Materials Technology Co., Ltd. | none | AZO (2 wt% Al2O3 in ZnO) , 3”ψx 3mmt + 3mmt Cu B/P + Bonding |
| SMPV1 | Luminescence Technology Corp. | 1651168-29-4 | 2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene |
| RF sputtering system | Kao Duen Technology Co., Ltd | none | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| Zinc Acetate Dihydrate | J. T. Baker | 5970456 | 4.39 g |
| Monoethanolamine | J. T. Baker | 141435 | 1.22 g |
| 2-methoxyethanol | Sigma-Aldrich | 109864 | 40 mL |
| Zinc Nitrate Hexahydrate | J. T. Baker | 10196186 | 1.49 g |
| Hexamethylenetetramine | Sigma-Aldrich | 100-97-0 | 0.7 g |
| Indium tin oxide (ITO) | RiTdisplay | none | coated glass substrates (<10 Ω sq–1) |
| AFM | Veeco | Innova SPM | |
| SEM | FEI | Nova 200 NanoSEM | operation voltage: 10 kV |
| XRD | Bruker | D8 X-ray diffractometer | 2θ range: 10–90 °; step size: 0.008 ° |
| PL | Horiba | Jobin-Yvon HR800 | excitation source: 325 nm UV Laser 20 mW |
| solar simulator | Newport | 91192A | AM 1.5G |
| Precision Semiconductor Parameter Analyzer | Keysight Technologies | Agilent 4156C | sweep from -1 to +1 V |
| toluene | Sigma-Aldrich | 108-88-3 | 1 mL |
| PC71BM | Sigma-Aldrich | 609771-63-3 | 11.25 mg |
| Thermal evaporation system | Kao Duen Technology Co., Ltd | Kao Duen PVD System | http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product |
| HCl | Sigma-Aldrich | 7647-01-0 | |
| MoO3 | Alfa Aesar | 1313-27-5 | 99.50% |
| silver ingot | ADMAT Inc. | none | 100.00% |
| Thin Film Deposition Controller | INFICON | XTC | |
| anti-corrosion tape (Polyimide Film) | 3M Taiwan Corporation | none | http://solutions.3m.com.tw/wps/portal/3M/zh_TW/InsulatingTape/home/product/Polyimide/ |
| spin-coater | Chemat Technology, Inc | KW-4A | http://www.chemat.com/chematscientific/KW-4A.aspx |
References
- Dou, L., et al. Tandem polymer solar cells featuring a spectrally matched low-bandgap polymer. Nat. Photonics. 6 (3), 180-185 (2012).
- You, J., et al. Metal Oxide Nanoparticles as an Electron-Transport Layer in High Performance and Stable Inverted Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 24 (38), 5267-5272 (2012).
- Dou, L., et al. Systematic Investigation of Benzodithiophene- and Diketopyrrolopyrrole-Based Low-Bandgap Polymers Designed for Single Junction and Tandem Polymer Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 134 (24), 10071-10079 (2012).
- Li, G., Zhu, R., Yang, Y. Polymer solar cells. Nat. Photonics. 6 (3), 153-161 (2012).
- You, J., et al. A polymer tandem solar cell with 10.6% power conversion efficiency. Nat. Commun. 4, 1446 (2013).
- Chen, J. D., et al. Single-Junction Polymer Solar Cells Exceeding 10% Power Conversion Efficiency. Adv. Mater. 27 (6), 1035-1041 (2015).
- Zhang, H., et al. Developing high-performance small molecule organic solar cells via a large planar structure and an electron-withdrawing central unit. Chem. Commun. 53, 451-454 (2017).
- Zhou, H., et al. Conductive Conjugated Polyelectrolyte as Hole-Transporting Layer for Organic Bulk Heterojunction Solar Cells. Adv. Mater. 26 (5), 780-785 (2014).
- Lin, M. Y., et al. Enhance the light-harvesting capability of the ITO-free inverted small molecule solar cell by ZnO nanorods. Opt. Express. 24 (16), 17910-17915 (2016).
- Liu, Y., et al. Solution-processed small-molecule solar cells: breaking the 10% power conversion efficiency. Sci. Rep. 3, 3356 (2013).
- Farahat, M. E., et al. Toward environmentally compatible molecular solar cells processed from halogen-free solvents. J. Mater. Chem. A Mater. Energy Sustain. 4 (19), 7341-7351 (2016).
- Lin, M. Y., et al. Plasmonic ITO-free polymer solar cell. Opt. Express. 22 (S2), A438-A445 (2014).
- Donato, A., et al. RF sputtered ZnO-ITO films for high temperature CO sensors. Thin Solid Films. 517 (22), 6184-6187 (2009).
- Lin, M. Y., et al. Sol-gel processed CuOx thin film as an anode interlayer for inverted polymer solar cells. Org. Electron. 11 (11), 1828-1834 (2010).
- Vandewal, K., et al. On the origin of the open-circuit voltage of polymer-fullerene solar cells. Nat. Mater. 8, 904-909 (2009).
- Sharma, R., et al. X-ray diffraction: a powerful method of characterizing nanomaterials. Recent Research in Science and Technology. 4 (8), 77-79 (2012).
- Huggett, J. M., Shaw, H. F. Field emission scanning electron microscopy a high-resolution technique for the study of clay minerals in sediments. Clay Miner. 32, 197-203 (1997).
- Lou, S., et al. Laser beam homogenizing system design for photoluminescence. Appl. Opt. 53 (21), 4637-4644 (2014).
- Huang, J. S., Lin, C. F. Influences of ZnO sol-gel thin film characteristics on ZnO nanowire arrays prepared at low temperature using all solution-based processing. J. Appl. Phys. 103, 014304 (2008).
- Leung, S. F., et al. Light Management with Nanostructures for Optoelectronic Devices. J. Phys. Chem. Lett. 5, 1479-1495 (2014).
- Lee, C. Y., et al. White-light electroluminescence from ZnO nanorods/polyfluorene by solution-based growth. Nanotechology. 20 (42), (2009).
