西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
为实现有机光电探测器对三基色（红、绿、蓝）的全响应以及器件性能的改善，研究了在P3HT∶PCBM活性层中，掺入非富勒烯受体ITIC实现光谱拓宽以及通过改善迁移率的平衡性和活性层表面形态，进而改善探测器性能的方法，着重研究了ITIC受体含量对探测器光电学性能的影响。在此基础上，获得了一个覆盖400~800 nm波长范围的三基色探测器，并且在低偏压-1.5 V下三基色（波长为630、530和460 nm）的外量子效率EQE和比探测率D*分别达到了56%、68%、52%和1.17×1012 Jones、1.4×1012 Jones、1.2×1012 Jones。结果表明：在P3HT：PC61BM中混入适量的ITIC，不仅可将光谱拓宽到400~800 nm，改善器件的光学特性，而且还可以提高激子解离率和载流子收集率，降低混合薄膜中的双分子复合，使器件电学特性得到了明显改善。本文研究为研发宽光谱高探测率三基色有机光电探测器提供了一种新思路。
有机光电探测器 体异质结 三元活性层 激子解离 ITIC Organic photodetectors Bulk heterojunction Ternary active layer Exciton dissociation ITIC
利用溶剂热法可控制备了具有不同质量比的还原氧化石墨烯/CuInS2 量子点 (rGO/CuInS2-QDs) 杂化材料。将 rGO/CuInS2-QDs 杂化材料与聚 (2-甲氧基-5-(2- 乙基己氧基)-1, 4-苯撑乙烯基) (MEH-PPV) 共混作为光活性层, 制备了石墨烯基杂化聚合物太阳能电池, 研 究了 rGO/CuInS2-QDs 杂化受体材料中 rGO 与 CuInS2-QDs 的质量比 (x) 以及聚合物给体材料 MEH-PPV 与 rGO/CuInS2-QDs 杂化受体材料的质量比 (w) 对器件性能的影响。结果表明, 光活性层复合膜中 rGO/CuInS2?(x=0.25) 杂化受体材料含量由 10% (w=9) 增加 到 17% (w=5) 时, 器件的电子收集效率 (ηc) 由 0.61 提高到 0.78, 使得器件的光电转换效率得到提高。
光电子学 光活性层 石墨烯 聚合物太阳能电池 杂化材料 optoelectronics photoactive graphene polymer solar cells hybrid CuInS2 CulnS2
1 长春电子科技学院 电子工程学院, 吉林 长春 130114
2 吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室, 吉林 长春 130012
3 空军航空大学, 吉林 长春 130012
半透明钙钛矿太阳能电池具备集采光及发电于一身的优点, 在新能源汽车、建筑集成光伏系统等领域具有巨大的应用前景。光伏系统主要位于车顶或屋顶或开放区域, 以实现最大程度地暴露在阳光下, 半透明太阳能电池可以集成到车体或建筑物的侧面, 达到最大限度地提高空间容量, 扩大能源产量。但是, 半透明钙钛矿太阳能电池如何在保证光电转换效率的同时具备良好的透光率, 一直是科学界面临的难题, 设计新型器件结构、开发吸光层和透明电极材料等问题亟待解决。本文围绕高性能、半透明钙钛矿太阳能电池总结了器件结构设计、材料选择和制备工艺方面最新的研究进展, 并讨论了目前研究中所面临的问题和未来的发展方向。
半透明 钙钛矿 活性层 透明电极 semi-transparent perovskite active layer transparent electrodes
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
3 太原理工大学新材料工程技术研究中心, 山西 太原 030024
有机太阳能电池（Polymer Solar Cell, PSC）由于具有环保低能耗、轻量低成本、柔性、可溶液加工和大面积印刷制备的综合性优势而受到广泛关注。活性层是PSC最重要的组成部分, 其形貌的调控和优化决定了器件最终的性能, 因此有必要对活性层优化工艺进行系统整理和分析。对活性层后处理工艺在PSC中应用的最新研究进展进行了综述, 包括热退火、溶剂蒸气退火、热退火与溶剂蒸气退火的组合、添加辅助层和极性溶剂辅助后处理等工艺,并就其对器件性能改善的原因和对活性层形貌优化的机理进行了分析和总结, 为PSC性能优化研究和产业化发展提供了理论依据。
有机太阳能电池 活性层 后处理工艺 polymer solar cell active layer post-treatment technology
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
采用溶液旋涂方法将单壁碳纳米管与有机红光材料结合并制作出红光探测器, 研究了单壁碳纳米管对PBDTTT-F∶PCBM本体异质结活性层薄膜的影响机理及其红光探测器的光电特性.利用原子力显微镜, 荧光光谱和紫外-可见吸收光谱等方法对器件进行性能表征及优化.当单壁碳纳米管为最优掺入比1.5 wt%时, 在－1 V偏置电压时, 红光光照下该探测器响应度为535 mA/W, 比探测率达到3.8×1012 Jones, 外量子效率达到104%.结果表明, 将单壁碳纳米管与有机红光材料结合, 有利于提高有机共轭聚合物的聚集以及结晶度, 增强光吸收, 可为活性层提供高迁移率的电荷传导通道, 优化薄膜互穿网络形貌.同时, 利用碳纳米管的多激子产生效应, 使得有机光电探测器的光电性能大大改善, 外量子效率超过100%, 为无机-有机光电探测器的进一步开发提供参考.
有机光电探测器 活性层 光致发光光谱 碳纳米管 光电特性 本体异质结 Organic photodetector Active layer Photoluminescence spectroscopy Carbon nanotubes Photoelectric properties Bulk heterojunction
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
采用溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了平面和体异质结混合型器件结构的三基色有机光电探测器, 利用实验分步探究其不同组分的活性层厚度、混合度以及前置吸收层对器件光电特性的影响.在此基础上, 对三基色有机光电探测器进行样品制备及测试.结果表明, 混合型结构的光电探测器件对光的吸收几乎覆盖整个可见光区域, 对350~700 nm范围的光呈现出类似于平台式的宽光谱响应.该器件在-1 V偏置电压下, 对红、绿、蓝光的比探测率分别为2.89×1011 Jones、3.22×1011 Jones、1.97×1011 Jones, 表明该器件对红、绿、蓝光有较好探测效果, 尤其对红光的探测率有3~4倍提升.
有机光电探测器 三基色 活性层 光电特性 混合型结构 宽光谱响应 Organic photodetectors Trichromatic Active layer Photoelectric characteristics Hybrid structure Broad spectral response PBDT-TT-F∶PCBM PBDT-TT-F∶PCBM
采用旋涂工艺与蒸镀工艺结合的方法制备了PBDT-TT-F∶PCBM体异质结红光探测器, 研究了活性层的混合比例和厚度、退火温度等因素对器件光电特性的影响。实验结果表明: 活性层PBDT-TT-F∶PCBM的混合质量比为1∶1.5、厚度为150 nm、退火温度为100 ℃、时间为15 min时制备的器件性能最佳, 在波长为650 nm、功率为6.6 mW/cm2的光照下, 探测器光电流密度可达到0.85 mA/cm2, 光响应度达到128 mA/W。
有机光电探测器 红光 活性层 光电特性 organic detectors red light active layer photoelectric characteristics
河南师范大学 物理与电子工程学院 河南省光伏材料重点实验室,河南 新乡 453007
本研究利用液晶材料的自组装特性，将胆甾醇油酸酯3β-Hydroxy-5-cholestene 3-oleate掺杂有机聚合物太阳能电池活性层P3HT: PC61BM内，制备出不同掺杂比例的光伏器件。实验结果表明，液晶掺杂质量比为0.3%时，器件的光电转换效率最高。说明液晶分子可诱导活性层材料分子在结晶过程中有序排列，减少层内分子团簇，减少活性层薄膜缺陷，形成有效的载流子传输通道。适当的掺杂比例，增大了器件并联电阻和填充因子，器件性能得到改善。
胆甾液晶 聚合物太阳能电池 活性层有序化 填充因子 cholesteric phase liquid crystal polymer solar cells active layer ordering fill factor
肖啸 1,2,3,4,*谢世伟 1,3,4张志友 1,3,4李淑红 1,3,4[ ... ]杜惊雷 1,3,4
1 四川大学物理科学与技术学院 纳光子技术研究所, 四川 成都 610064
2 乐山师范学院物理与电子工程学院, 四川 乐山 614000
3 四川大学 高能量密度物理及技术教育部重点实验室, 四川 成都 610064
4 四川大学 中英联合材料研究所, 四川 成都 610064
有机太阳能电池吸光活性层的电学传输特性和光学吸收特性不匹配，是制约其能量转换效率提升的主要原因之一。采用陷光结构操纵入射光波，提升电池对光的约束和捕获能力以达到“电学薄”和“光学厚”的等效作用，是解决有机太阳能电池光电矛盾的有效手段。从光学和电学的双重视角考察了单结有机太阳能电池的运行机理，详细讨论了等离子体、光子晶体等各类结构的陷光原理与特点，展望了有机太阳能电池陷光结构的发展趋势，有助于拓展其设计思路和理解下一代太阳能电池的先进光学管理理念。
光学器件 陷光结构 有机太阳能电池 活性层 激子 激光与光电子学进展
2013, 50(5): 050006
河北大学物理科学与技术学院, 河北 保定 071002
使用相对聚(3乙基噻吩）(P3HT)具有更低能带结构的聚{［9-(1辛基壬基)-9H-咔唑-2,7-2基］-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5噻吩二基}(PCDTBT)作为电子给体材料和较C60衍生物(PC60BM)具有更广光谱吸收能力的C70衍生物(PC70BM)作为电子受体材料构建共混体系活性层，制备有机聚合物太阳能电池。通过控制活性层薄膜生长速度、环境得出在N2环境中静置10 min时聚合物电池达到了5.65%的高光电转换效率(PCE)。然后，通过进一步优化活性层薄膜厚度短路电流密度大幅提升至14.2 mA/cm2，PCE达到5.84%。结果表明，在不使用TiOx等光学间隔层的情况下，通过控制活性层薄膜生长过程和优化活性层薄膜厚度也可以大幅增加短路电流密度，获得高的PCE。
薄膜 聚合物太阳能电池 活性层薄膜 转换效率 光学间隔层 短路电流密度
