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NPB阳极缓冲层对反型结构聚合物太阳能电池性能的影响 - 物理学报.PDF

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物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 7 (2014) 078801 NPB 阳极缓冲层对反型结构聚合物太阳能电池 性能的影响 龚伟 徐征 赵谡玲 刘晓东 杨倩倩 樊星 (北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京交通大学光电子技术研究所, 北京 100044) ( 2013 年9 月30 日收到; 2013 年12 月17 日收到修改稿) 制备了给体材料为poly(3-hexylthiophene)(P3HT), 受体材料为[6, 6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester(PCBM), 器件结构为ITO/ZnO/P3HT:PCBM/NPB(0, 1, 5, 10, 25 nm)/Ag 的反型体异质结聚合物太 ′ ′ ′ ′ 阳能电池. 不同厚度的 , -diphenyl- , -bis(1-naphthyl)-1, -biphenyl-4, -diamine(NPB) 阳极缓冲 层被用来改善器件性能, 研究了NPB 阳极缓冲层对器件特性的影响. 研究发现, 1 nm 厚的NPB 改善了器件 的载流子收集效率, 增加了器件的短路电流与开路电压. 当NPB 缓冲层的厚度达到25 nm 时, 过厚的NPB 导 致串联电阻增加, 使得器件特性大幅下降. 通过电容- 电压测试, 进一步研究了不同厚度NPB 对器件载流子 注入与收集的影响, 1 nm 厚的NPB 修饰并没有改善器件的载流子注入但是增加了器件对光生载流子的收集 效率, 过厚的NPB 使得自由载流子的复合占据主导. 适合厚度的NPB 可以作为一种阳极缓冲层材料应用于 聚合物太阳能电池提高器件特性. 关键词: 聚合物太阳能电池, 缓冲层, 载流子传输, 电容- 电压测试 PACS: 88.40.H–, 84.60.Jt, 84.37.+q, 85.30.–z DOI: 10.7498/aps.63.078801 种空穴传输材料已经被广泛应用于有机发光二极 1 引 言 管(OLED) 1214 , 但是在国内外的研究中却很少 将其应用于太阳能电池中. 由于NPB 的能级结构 随着对绿色能源需求的增长, 聚合物太阳能电 与MoO 的能级结构类似, 而且NPB 的蒸镀温度 池已经成为了清洁能源生产的一种选择. 但是相 比MoO 要低, 因此此文中采用NPB 作为阳极缓 比于硅基的无机太阳能电池, 较低的能量转换效率 冲层材料, 研究其对反型体异质结结构聚合物太阳 (PCE)及较差的稳定性制约了其商业化进程. 对 能电池性能的影响. 活性层与电极之间的界面进行修饰已经成为一种 电流密度- 电压(- ) 测试已经被广泛用于表 提高器件特性的方法, 界面修饰可以促进载流子的 征太阳能电池的基本特性参数, 但是- 测试曲 注入与收集, 特别是可以改善活性层与电极的能级 线只是提供了有限的有关器件载流子传输机理的 匹配. 很多缓冲层材料, 比如LiF 13 , MoO 45 , 信息. 电容是有关器件中电荷积累的物理量, 在双 O 6 , Alq 7 , BCP 8 等已经被用于聚合物电池 层异质结有机太阳能电池中, 电容- 电压(- ) 测 的界面修饰中, 这些缓冲层潜在的工作机理一般认 试已经用来表征器件中的电荷积累效应15 . 在体 为是形成隧穿结从而增加内建电场或者形成界面
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