주변 조건에서 병렬 구성의 유기 태양광 탠덤 장치를 제작하는 방법이 제시됩니다. 이 장치는 공기 처리된 반투명 탄소 나노튜브 공통 음극을 특징으로 합니다.
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이 논문에서
요약
초록
진공 처리가 필요 없는 유기 태양광(OPV) 탠덤을 제작하는 방법을 제시합니다. 이 장치는 투명 탄소 나노튜브(CNT) 중간층으로 병렬로 연결된 두 개의 용액 처리 고분자 셀로 구성됩니다. 이 구조에는 탠덤 OPV 장치에 대한 제조 기술의 개선이 포함됩니다. 먼저 주변 처리 음극의 필요성을 고려합니다. 탠덤 장치의 CNT 양극은 이온 게이팅을 통해 조정되어 공통 음극이 됩니다. 이온 게이팅은 전기 이중층 충전을 사용하여 CNT 전극의 일 기능을 낮춥니다. 둘째, 솔루션 처리에 의해 Tandem Layer를 순차적으로 적층하는 것의 어려움이 해결됩니다. 이 장치는 용액 및 드라이 라미네이션을 통해 주변 조건에서 병렬 처리 단계로 제작됩니다. 개별 고분자 셀을 제조하는 방법, 공통 CNT 음극과 함께 적층하는 데 필요한 단계, 그리고 나서 몇 가지 대표적인 결과를 제공하는 데 필요한 단계가 설명됩니다. 이러한 결과는 CNT 전극의 이온 게이팅을 통해 공통 음극을 생성하고 적층 절차의 결과로 전류 및 효율을 추가하는 것을 보여줍니다.
서론
고분자 반도체 인해 온도에 민감한 기판 높은 흡수율, 좋은 전송 특성, 유연성, 호환성에 대한 최고의 유기 태양 전지 (OPV) 물질이다. OPV 장치 전력 변환 효율, η, 그들 점점 가능한 에너지 기술 제작 한 9.1 %만큼 높은 효율 단일 세포로, 지난 몇 년간 상당히 더니.
η의 개선에도 불구하고, 소자의 박막 최적 활성층 두께는 광 흡수를 제한하고 안정적인 제조를 방해. 또한, 각 고분자의 광 흡수의 스펙트럼 폭은 무기 재료에 비해 제한됩니다. 분광 감도가 다른 페어링 폴리머는 탠덤 아키텍처이 필요한 혁신을하고, 이러한 어려움을 무시합니다.
시리즈 탠덤 장치는 가장 일반적인 탠덤 구조이다. 이러한 설계에서, 전자 수송 materi문헌 선택적 금속 재결합 층 및 정공 수송층은 서브 셀이라는 두 개의 독립적 광활성 층을 연결한다. 직렬 구조의 서브 셀을 연결하는 결합 장치의 개방 회로 전압을 증가시킨다. 일부 그룹은 축퇴 도핑 전송 층 (3) 성공 있었다 - 5 만 이상의 그룹은 층간 6,7 전자와 정공의 재결합을 돕기 위해 금색 또는 은색의 입자를 사용했다.
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프로토콜
1. 인듐 주석 산화물 (ITO) 패터닝 및 클리닝
참고 : 사용 15Ω / □의 ITO 유리, 구매 또는 스핀 코팅과 포토 리소그래피에 적합한 크기로 ITO 유리를 잘라. 그것은 가능한 한 큰 유리 조각에 단계 1.1-1.7를 수행 한 다음 작은 장치로 절단하는 것이 가장 효율적입니다. 또한이 1.1-1.7이 ITO면이 위를 지향 할 수있는 ITO 유리를 필요로 단계를 확인합니다. 이 멀티 미터의 저항 설정으로 쉽게 확인할 수 있습니다.
- 1 분 동안 3000 rpm의 속도로 ITO 유리의 ITO 측 상 S1813 포지티브 포토 레지스트의 스핀 코트 1ml를. 유리의 큰 조각이 저항 더 사용하여 전체 유리가 코팅되어 있는지 확인하고, 스핀 코터를 시작하기 전에 모든 거품을 제거합니다.
- 1 분 동안 115 ° C에서, 핫 플레이트상에서, 피복 된 유리 레지스트 어닐링.
- 샘플과 접촉 정렬 상에 포토 마스크를 넣습니다.
- 아프로의 포토 레지스트 코팅 된 ITO 유리를 노출절한 시간. 노출 시간은 10 초 주위이지만 UV 램프 강도, 포토 레지스트 종류 및 두께에 기초하여,이 시간을 변화.
- MF311 개발자의 자외선에 노출 된 기판을 개발한다. 스핀 프로세서....
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결과
이러한 장치는 빛의 큰 스펙트럼 범위를 흡수하여 중합체, 상당히 상이한 밴드 갭의 특히 중합체를, 상이한 형성된 탠덤 장치는 실용적 관심사이다. 이 디바이스 구조에서, PTB7 서브 셀은 다시 셀이고 P3HT는 전면 하부 - 셀이다. P3HT 서브 셀 PTB7 서브 셀에 의해 흡수 된 긴 파장 광에 대해 대체로 투명한로서 이는 빛의 큰 양을 흡수하기위한 것이다. 탠덤, 전면 또는 각각 다시 셀을 참조 할 때 선명도, 태양 전지 매개 변수 V의 OC, J 사우스 캐롤라이나, FF, 및 η를 위해 첨자 T, F, 또는 B로 장식 될 것입니다. 표 1은 이러한 약어를 보여줍니다 .
장치에 대한 전류 전압 곡선의 선택은도 3에 도시하고,도 4의 태양 전지의 파라미터를 추출한다. 그것은 PTB7 서브 셀 것으로 관찰(다시는) P3HT 서브 셀 (전.......
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토론
병렬 직렬 태양 전지를 설계 할 때의 결과는 몇 가지 고려를 강조. 서브 셀 중 하나가 저조한 경우 특히, 탠덤 성능에 부정적인 영향. 결과는 두 가지 주요 효과가 있음을 보여준다. 하나의 서브 셀이 단락 된 경우, 예를 들어, 저항 행동을 보여, FF T는 나쁜 하위 셀의 FF보다 높을 수 없습니다. J T의 SC와 V T의 OC는 유사하게 영향을받습니다. V 게이트 낮고 P3HT 서브 셀이 ON되어 있지 않은 때의 경우이다.
하나의 서브 셀은 양호한 다이오드 특성이지만 낮은의 V OC 또는 J SC에 기술되어있는 경우, 다음 J T SC 거의 J F의 SC 및 J B의 SC의 합이다. .......
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공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
이 작업에 대한 지원은 DOE, STTR 보조금, 탄소 나노튜브 시트 중간층을 사용한 병렬 탠덤 유기 태양 전지에 대한 DE-SC0003664 및 Welch 재단 보조금 AT-1617에 의해 제공되었습니다. 저자는 CNT 숲을 제공한 J. Bykova와 기술 지원과 유용한 토론을 제공한 A. R. Howard, K. Meilczarek 및 J. Velten에게 감사를 표합니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):p올리-(스티렌설포네이트) | 헤레우스 | 클레비오스 PVP AI 4083 | |
| 폴리(3-헥실티오펜-2,5-디일) | 리케 메탈 Inc. | P3HT: P200 | |
| 페닐 -C < > 61 < / >-butyric; 산 메틸 에스테르 | 1- 재료 | PC61BM | |
| 폴리 ({4,8-bis [(2-ethylhexyl) 옥시] 벤조 [1,2-b : 4,5-b ′]디티오펜-2,6-디일}{3-플루오로-2-[(2-에틸헥실)카르보닐]티에노[3,4-b]티오페네디일}) | 1- 재질 | : PTB7 | |
| 페닐 -C < > 61 < / >- 부티르산 메틸 에스테르 | : Solenne | PC71BM | |
| 1,8- 디요오드 옥탄 | 시그마 Aldrich | 250295 | |
| 클로로 벤젠 | 시그마 Aldrich | 284513 | |
| 인듐 주석 산화물 코팅 유리 15 Ohm / SQ | Lumtec | ||
| S1813 | UTD 클린 룸 | ||
| MF311 | UTD 클린룸 | ||
| HCl | UTD 클린룸 | ||
| 아세톤 | Fisher Scientific | A18-20 | |
| 톨루엔 | Fisher Scientific | T323-20 | |
| 메탄올 | BDH | BDH1135-19L | |
| 이소프로판올 | Fisher Scientific | A416-20 | |
| CEE Spincoater | Brewer Scientific | http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CEESpinCoater.htm | |
| 접촉 프린터 | Quintel | Q4000-6 | http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/QuintelPrinter.htm |
| CPK 스핀 프로세서 | http://www.utdallas.edu/research/cleanroom/tools/CPKsolvent.htm | ||
| 스핀 코터 | Laurell | WS-400-6NPP/LITE | |
| [header] | |||
| 글로브 박스 | M-Braun | Lab Master 130 | |
| Solar Simulator | Thermo Oriel/Newport | ||
| Keithley 2400 SMU | Keithley/Techtronix | 2400 | |
| Keithley 7002 멀티플렉서 | Keithley/Techtronix | 7002 | |
| 초음파 세척기 | Kendal | HB-S-49HDT | |
| 마이크로피펫 | Eppendorf | 200 µ 엘 |
참고문헌
- He, Z., Zhong, C., Su, S., Xu, M., Wu, H., Cao, Y. Enhanced power-conversion efficiency in polymer solar cells using an inverted device structure. Nature Photonics. 6, 591-595 (2012).
- Yuan, Y., Huang, J., Li, G. Intermediate layers in tandem organic solar cells. Green<....
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재인쇄 및 허가
