采用旋涂法研制了Ag漿SC100-ZnO混合薄膜,系統(tǒng)研究了不同混合比例SC100∶ZnO薄膜作為電子傳輸層或光散射層對聚合物太陽能電池器件性能的影響,并討論了其中存在的物理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),采用少量SC100（1%和2.5%）混合的薄膜作為光散射層,可以提高器件的性能參數(shù)（短路電流密度和填充因子）,器件的光電轉(zhuǎn)換效率分別提高了4.4%和5%。 

【文章來源】：發(fā)光學(xué)報. 2020,41(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

不同混合比例SC100∶ZnO作為電子傳輸層的J-V特性曲線(a)與 EQE光譜(b)

基于上述實驗,我們首先嘗試將SC100∶ZnO薄膜作為陰極電子傳輸層引入有機(jī)太陽能電池中,制備了結(jié)構(gòu)如圖3所示的聚合物太陽能電池。為了找到最佳制備條件,我們制備了不同混合比例SC100∶ZnO薄膜作為電子傳輸層的器件。 圖4給出了這些器件的J-V及EQE曲線,器件的性能參數(shù)列于表1中。當(dāng)采用純的ZnO作為陰極電子傳輸層時(0%),器件的開路電壓Voc為0.75 V,短路電流密度Jsc為12.93 mA/cm2,填充因子FF為0.55,能量轉(zhuǎn)換效率PCE為5.31%。隨著1%、2.5%、5% SC100混合比例增加時,器件的開路電壓逐漸降低至0.56 V,FF降低至0.35,器件能量轉(zhuǎn)換效率降低至2.17%,比參比器件降低了60%,并沒有實現(xiàn)預(yù)計的增加光吸收的作用。為了找到器件性能變差的原因,我們進(jìn)一步計算了上述器件的串聯(lián)電阻,發(fā)現(xiàn)隨著混合比例的增加,器件的串聯(lián)電阻逐漸增大,由參比器件的10 Ω·cm2增加到5%混合器件的21 Ω·cm2,這主要是由于Ag和吸光層的直接接觸導(dǎo)致激子猝滅,器件中的非輻射復(fù)合增強(qiáng),引起電壓衰減,且隨著混合比例的增加,導(dǎo)致SC100∶ZnO薄膜的粗糙度增加,從而使得SC100∶ZnO薄膜與光敏層之間接觸電阻增大,進(jìn)而影響電子的傳輸和收集,最終導(dǎo)致器件性能降低。圖4 不同混合比例SC100∶ZnO作為電子傳輸層的J-V特性曲線(a)與 EQE光譜(b)

我們又嘗試將SC100∶ZnO薄膜作為光散射層應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池中,制備了如圖5所示的聚合物太陽能電池器件。這次我們沒有直接將SC100∶ZnO薄膜引入器件功能層中,而是將其作為光散射層制備在ITO玻璃電極的另外一側(cè),避免了由于SC100∶ZnO薄膜粗糙度大帶來的器件內(nèi)阻的增加。 圖6給出了不同混合比例SC100∶ZnO薄膜作為光散射層的器件的J-V及EQE曲線,對應(yīng)的器件性能參數(shù)列于表2中。對于不加光散射層的器件,其開路電壓、短路電流密度、填充因子和能量轉(zhuǎn)換效率分別為0.77 V、14.61 mA/cm2、0.56和6.35%。當(dāng)采用混合比例為1%的薄膜作為光散射層后,器件的開路電壓保持不變,短路電流密度和填充因子略有增加,所以器件的能量轉(zhuǎn)換效率有所提高(6.63%);當(dāng)混合比例增加到2.5%時,開路電壓仍然保持不變,短路電流密度略微降低,填充因子略微增加,器件的能量轉(zhuǎn)換效率基本不變(6.67%);當(dāng)混合比例進(jìn)一步增加到5%和10%時,器件的短路電流密度和填充因子明顯降低,導(dǎo)致器件效率降低(6.35%和5.84%)。通過器件EQE譜圖可以看出,混合1%的器件在450～600 nm波長的EQE比參比器件略微提高,即對應(yīng)的短路電流密度提高。這可能是由于SC100∶ZnO薄膜在一定程度上減弱了入射到光敏層上的光強(qiáng)度,從而在一定程度抑制了光敏層內(nèi)部的雙分子復(fù)合,進(jìn)而提高了器件的短路電流密度和填充因子[19-20];而當(dāng)混合比例逐漸提高,器件的EQE在400～600 nm波段的光譜響應(yīng)逐漸降低,這主要是由于SC100在該波長范圍具有SPR 吸收(圖1),當(dāng)SC100比例增加時,SPR 吸收增加,從而降低了光敏層在該范圍的吸收;而同樣是由于SC100∶ZnO薄膜對光在一定程度的吸收和散射,使得入射到器件內(nèi)部的光強(qiáng)減弱,從而在一定程度上減少了器件內(nèi)部雙分子復(fù)合,提高了器件的填充因子;但是當(dāng)混合比例較大時(10%),散射層又嚴(yán)重影響了器件內(nèi)部光生載流子的產(chǎn)生,從而降低了器件性能。圖6 SC100∶ZnO作為光散射層的J-V特性曲線(a)與 EQE光譜(b)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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