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 吉林大学 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 上海科技大学 信息科学与技术学院, 上海 201210
体异质结聚合物太阳能电池是很有前途的替代化石能源进行能量转换的光伏技术。合成新材料、优化器件结构以及界面工程等方式都能有效提高聚合物太阳能电池的能量转换效率。本文从材料选取、界面掺杂以及界面修饰三个方面阐述界面工程在聚合物太阳能电池中的应用。界面修饰能够促进载流子的产生和输运, 证明界面工程对于提高电荷提取效率、钝化表面缺陷和提升电导率等具有重要意义。
聚合物太阳能电池 界面工程 体异质结 能量转换效率 polymer solar cells interface engineering bulk heterojunction power conversion efficiency
1 长春工业大学 化学工程学院， 吉林 长春 130012
2 长春理工大学 光电工程学院， 吉林 长春 130022
3 海南师范大学 物理电子工程学院， 海南 海口 571158
采用溶剂热法，以氧化石墨烯为前驱体制备了石墨烯量子点(GQDs)，将不同制备条件和质量分数的GQDs掺杂到聚3-己基噻吩和［6,6\]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM∶P3HT)中作为敏感层制备了太阳能电池器件。实验结果表明，敏感层掺杂0.2%质量分数的GQDs时，太阳能电池光电转换效率较未掺杂器件提高了16.45%。敏感层掺杂反应时间4 h和温度220 ℃制备的GQDs，获得低粗糙度和高紫外可见光吸收强度的敏感层薄膜，制备的太阳能电池器件光电转换效率为1.34%，较未掺杂GQDs器件提高了12.60%。因此，GQDs适宜的制备条件和掺杂浓度可以提高太阳能电池器件的光电转换效率。
石墨烯量子点 敏感层P3HT∶PCBM 聚合物太阳能电池 表面粗糙度 UV-Vis吸收光谱 graphene quantum dots active layer P3HT∶PCBM polymer solar cells surface roughness UV-Vis absorption spectra
1 沈阳建筑大学 理学院, 辽宁 沈阳 110168
2 沈阳建筑大学 机械学院, 辽宁 沈阳 110168
3 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 发光学及应用国家重点实验室, 吉林 长春 130033
采用旋涂法研制了Ag浆SC100-ZnO混合薄膜,系统研究了不同混合比例SC100∶ZnO薄膜作为电子传输层或光散射层对聚合物太阳能电池器件性能的影响, 并讨论了其中存在的物理机制。研究发现, 采用少量SC100(1%和2.5%)混合的薄膜作为光散射层, 可以提高器件的性能参数(短路电流密度和填充因子), 器件的光电转换效率分别提高了4.4%和5%。
光散射层 电子传输层 聚合物太阳能电池 light scattering layer electron transport layer polymer solar cell
长春工业大学 化学工程学院， 吉林 长春 130012
为提升聚合物太阳能电池的光电转换效率，在有源层中掺杂PbSe量子点，研究对电池性能的影响。首先采用热化学法制备PbSe量子点，通过改变油酸的添加量及反应时间，调控PbSe量子点的尺寸及结晶性。通过透射电子显微镜和X射线衍射，对量子点进行表征，确定最佳反应条件。然后将不同质量分数的PbSe量子点掺杂至结构为ITO/ZnO/PTB7∶PC71BM /MoO3 /Ag的聚合物太阳能电池中，通过J-V性能测试和紫外吸收光谱测试，分析了PbSe量子点对电池的影响机理。实验结果表明，当PbO与OA的量比为1∶2、反应时间为3 min时，可得到尺寸均匀分布在3～7 nm之间、结晶性较好的量子点，掺杂量子点质量分数为3%时，短路电流密度提升了8.37%，光电转换效率提升了37.41%，有效提升了聚合物太阳能电池的性能。
聚合物太阳能电池 PbSe量子点 有源层 掺杂 polymer solar cells PbSe quantum dots active layer doping
1 长春工业大学 化学工程学院, 吉林 长春 130012
2 长春理工大学 高功率半导体激光国家重点实验室, 吉林 长春 130022
为了提高太阳能电池的性能, 研究磁性纳米粒子在外加磁场的作用下对聚合物太阳能电池有源层P3HT∶PCBM成膜及太阳能电池性能的影响。 本文采用热分解法制备了磁性Fe3O4纳米粒子, 将不同质量分数的Fe3O4纳米粒子掺入到P3HT∶PCBM溶液中, 旋涂后在外加磁场的作用下自组成膜。通过TEM、XRD对制备的Fe3O4纳米粒子进行表征, 并利用偏光显微镜、原子力显微镜对成膜质量进行探究。结果表明, 采用热分解法制备的Fe3O4纳米粒子直径在10 nm左右, 在外加磁场作用下, Fe3O4纳米粒子对成膜有一定的调控作用。当Fe3O4纳米粒子掺杂质量分数为1%时, 太阳能电池器件的开路电压增加3.77%, 短路电流增加24.93%, 光电转换效率提高7.82%。
Fe3O4纳米粒子 聚合物太阳能电池 表面形貌 Fe3O4 nanoparticles polymer solar cells surface morphology P3HT∶PCBM P3HT∶PCBM
1 井冈山大学数理学院, 江西 吉安 343009
2 华南师范大学光电子材料与技术研究所, 广东 广州 510631
利用旋涂技术制备了银纳米线(AgNW)薄膜,对该AgNW 薄膜进行了溶剂蒸发退火处理。研究了所制备的AgNW薄膜的方块电阻、光学透光率、微结构及表面形貌,分析了以退火处理的AgNW薄膜作为阳极的聚合物太阳能电池的电流-电压特性。结果表明,经过3 h的甲醇退火处理,薄膜方块电阻由退火前的45.3 Ω/□减小到28.7 Ω/□,最后达到饱和,薄膜的品质因数提高了72.7%,薄膜的性能得到了增强;随醇溶剂沸点的增加,AgNW薄膜方块电阻的降低程度变小。以退火处理的AgNW薄膜为阳极的聚合物太阳电池的光电转换效率由退火前的0.94%增大到1.60%。退火3 h可获得性能较好的AgNW薄膜。
薄膜 薄膜性能 溶剂蒸发退火 银纳米线薄膜 方块电阻 聚合物太阳能电池 激光与光电子学进展
2018, 55(5): 053101
1 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
2 吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室， 吉林 四平 136000
通过化学水浴法生长了铯掺杂ZnO纳米柱阵列(CZO-NRA)，将其作为电子传输层(ETL)，利用乙醇胺与二甲氧基乙醇共混溶液对CZO-NRA进行表面修饰，制备了倒置聚合物太阳能电池。研究结果表明，适量的铯掺杂提高了纳米柱的c轴择优取向结晶度，减少了ETL中由氧空位和锌填隙原子引起的深能级缺陷，减小了器件的串联电阻，增大了器件的短路电流与填充因子。表面修饰减少了CZO-NRA的表面缺陷，减小了ETL与有源层的接触电阻，抑制了界面载流子复合。与未掺杂的器件相比，表面修饰CZO-NRA器件的能量转换效率由1.27%提高至2.89%。
薄膜 聚合物太阳能电池 铯掺杂ZnO纳米柱阵列 电子传输层 表面修饰
