混合溶剂对P3HT:PCBM基太阳能电池的影响

杨少鹏; 李娜; 李光; 史江波; 李晓苇; 傅广生

doi:10.7498/aps.62.014702

摘要

以poly(3-hexylthiophene)(P3HT)为电子给体材料, [6, 6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester (PCBM)为电子受体材料, 制备了纯氯苯(CB)溶剂、纯氯仿(CF)溶剂和氯苯/氯仿(CB/CF)不同比例混合溶剂的共混体系太阳能电池. 研究了不同溶剂及不同比例混合的混合溶剂对电池性能的影响. 结果表明:以CB/CF(3/1)为溶剂制备的器件, 紫外可见吸收光谱和器件外量子效率曲线显示出红移现象, 原子力显微图表明P3HT和PCBM间形成良好的相分离结构. 在100 mW/cm2强度光照射下, 其开路电压Voc为0.61 V, 短路电流密度Jsc为9 mA/cm2, 填充因子 FF为57.9%, 能量转换效率PCE为3.2%.

关键词:

Abstract

We fabricate solar cells based on blends of poly(3-hexylthiophene) (P3HT) as the donor and [6, 6]-phenyl-C60-butyric acid methyl ester (PCBM) as the acceptor using various solvents such as pure chlorobenzene (CB), pure chloroform (CF) and mixed solvent (CB/CF) with different ratios.We investigate the influences of various solvents and mixed solvents with different ratios on the performances of solar cells. The results show that for the device by using a mixed solvent of CB/CF (3/1), its UV-Vis absorption spectrum and external quantum efficiency show a red-shift and its AFM image shows finely structured phase segregation between P3HT and PCBM. We obtain an open circuit voltage of 0.61 V, short circuit current density of 9 mA/cm2, fill factor of 57.9%, and power conversion efficiency of 3.2% under irratiation of light with a strength of 100 mW/cm2.

Keywords:

作者及机构信息

1.
河北大学物理科学与技术学院, 保定 071002

基金项目: 河北省自然科学基金(批准号: F2010000306, F2012201089)和河北省教育厅重点项目(批准号: ZH2011205)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physics Science and Technology, Hebei University, Baoding 071002, China

Funds: Project supported by the Natural Science Foundation of Hebei Province, China (Grant Nos. F2010000306, F2012201089), and Hebei Province Department of Education Fund, China (Grant No. ZH2011205).

参考文献

[1]	Peng B, Guo X, Cui C H, Zou Y P, Pan C Y, Li Y F 2011 Appl. Phys. Lett. 98 243308
[2]	Xiao T, Cui W, Anderegg J, Shinar J, Shinar R 2011 Org. Electron. 12 257
[3]	Li G, Shrotriya V, Yao Y, Yang Y 2005 J. Appl. Phys. 98 043704
[4]	Baek W H, Yang H, Yoon T S, Kang C J, Lee H H, Kim Y S 2009 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 93 1263
[5]	AI-Ibrahim M, Ambacher O 2005 Appl. Phys. Lett. 86 201120
[6]	Yang X N, Loos J, Veenstra S C, Verhees W J H, Wienk M M, Kroon J M, Michels M A J, Janssen R A J 2005 Nano Lett. 5 579
[7]	Yin S G, Yang L Y, Xu X R, Qin W J 2012 Chin. J. Lumin. 33 233 (in Chinese) [印寿根, 杨利营, 许新蕊, 秦文静 2012 发光学报 33 233]
[8]	Savenije T J, Kroeze J E, Yang X N, Loos J 2005 Adv. Funct. Mater. 15 1260
[9]	Li G, Yao Y, Yang H, Shrotriya V, Yang G W, Yang Y 2007 Adv. Funct. Mater. 17 1636
[10]	Shaheen S E, Brabec C J, Sariciftci N S 2001 Appl. Phys. Lett. 78 841
[11]	Hoven C V, Dang X D, Coffin R C, Peet J, Nguyen T Q, Bazan G C 2010 Adv. Mater. 22 E63
[12]	Yao Y, Hou J H, Xu Z, Li G, Yang Y 2008 Adv. Funct. Mater. 18 1783
[13]	Chen F C, Tseng H C, Ko C J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 103316
[14]	Yang X N, Duren J K J V, Janssen R A J, Michels M A J, Loos J 2004 Macromolecules 37 2151
[15]	Alem S, Chu T Y, Tse S C, Wakim S, Lu J P, Movileanu R, Tao Y, Bélanger F, Désilets D, Beaupré S, Leclerc M, Rodman S, Waller D, Gaudiana R 2011 Org. Electron. 12 1788
[16]	Ma W L, Yang C Y, Gong X, Lee K, Heeger A J 2005 Adv. Funct. Mater. 15 1617
[17]	Zhao Y, Xie Z Y, Qu Y, Geng Y H, Wang L X 2007 Appl. Phys. Lett. 90 043504
[18]	Sio A D, Madena T, Huber R, Parisi J, Neyshtadt S, Deschler F, Como E D, Esposito S, Hauff E V 2011 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95 3536
[19]	Moulé A J, Meerholz K 2008 Adv. Mater. 20 240
[20]	Moulé A J, Meerholz K 2009 Adv. Funct. Mater. 19 3028

施引文献

[1]	Peng B, Guo X, Cui C H, Zou Y P, Pan C Y, Li Y F 2011 Appl. Phys. Lett. 98 243308
[2]	Xiao T, Cui W, Anderegg J, Shinar J, Shinar R 2011 Org. Electron. 12 257
[3]	Li G, Shrotriya V, Yao Y, Yang Y 2005 J. Appl. Phys. 98 043704
[4]	Baek W H, Yang H, Yoon T S, Kang C J, Lee H H, Kim Y S 2009 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 93 1263
[5]	AI-Ibrahim M, Ambacher O 2005 Appl. Phys. Lett. 86 201120
[6]	Yang X N, Loos J, Veenstra S C, Verhees W J H, Wienk M M, Kroon J M, Michels M A J, Janssen R A J 2005 Nano Lett. 5 579
[7]	Yin S G, Yang L Y, Xu X R, Qin W J 2012 Chin. J. Lumin. 33 233 (in Chinese) [印寿根, 杨利营, 许新蕊, 秦文静 2012 发光学报 33 233]
[8]	Savenije T J, Kroeze J E, Yang X N, Loos J 2005 Adv. Funct. Mater. 15 1260
[9]	Li G, Yao Y, Yang H, Shrotriya V, Yang G W, Yang Y 2007 Adv. Funct. Mater. 17 1636
[10]	Shaheen S E, Brabec C J, Sariciftci N S 2001 Appl. Phys. Lett. 78 841
[11]	Hoven C V, Dang X D, Coffin R C, Peet J, Nguyen T Q, Bazan G C 2010 Adv. Mater. 22 E63
[12]	Yao Y, Hou J H, Xu Z, Li G, Yang Y 2008 Adv. Funct. Mater. 18 1783
[13]	Chen F C, Tseng H C, Ko C J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 103316
[14]	Yang X N, Duren J K J V, Janssen R A J, Michels M A J, Loos J 2004 Macromolecules 37 2151
[15]	Alem S, Chu T Y, Tse S C, Wakim S, Lu J P, Movileanu R, Tao Y, Bélanger F, Désilets D, Beaupré S, Leclerc M, Rodman S, Waller D, Gaudiana R 2011 Org. Electron. 12 1788
[16]	Ma W L, Yang C Y, Gong X, Lee K, Heeger A J 2005 Adv. Funct. Mater. 15 1617
[17]	Zhao Y, Xie Z Y, Qu Y, Geng Y H, Wang L X 2007 Appl. Phys. Lett. 90 043504
[18]	Sio A D, Madena T, Huber R, Parisi J, Neyshtadt S, Deschler F, Como E D, Esposito S, Hauff E V 2011 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95 3536
[19]	Moulé A J, Meerholz K 2008 Adv. Mater. 20 240
[20]	Moulé A J, Meerholz K 2009 Adv. Funct. Mater. 19 3028

[1]	贺华丹, 钟琦超, 解文军. 声悬浮条件下双水相液滴的蒸发与相分离. 物理学报, 2024, 73(3): 034304. doi: 10.7498/aps.73.20230963
[2]	王晶, 焦阳, 田文得, 陈康. 低惯性与高惯性活性粒子混合体系中的相分离现象. 物理学报, 2023, 72(19): 190501. doi: 10.7498/aps.72.20230792
[3]	纪丹丹, 张劭光. 三区域膜泡相分离模式之间转变的研究. 物理学报, 2018, 67(18): 188701. doi: 10.7498/aps.67.20180828
[4]	张科, 胡子阳, 黄利克, 徐洁, 张京, 诸跃进. 氧化锌掺铝绒面薄膜在有机光伏电池中的应用. 物理学报, 2015, 64(17): 178801. doi: 10.7498/aps.64.178801
[5]	曲冠男, 李硕, 孙美娇, 徐胜楠, 刘煜, 孙成林, 门志伟, 里佐威. 温度对β胡萝卜素结构有序的影响. 物理学报, 2013, 62(7): 077801. doi: 10.7498/aps.62.077801
[6]	任群, 王楠, 张莉, 王建元, 郑亚萍, 姚文静. 调幅分解及形核对相分离作用机理研究. 物理学报, 2012, 61(19): 196401. doi: 10.7498/aps.61.196401
[7]	侯清玉, 马文, 迎春. Ga/N高共掺浓度对ZnO导电性能和红移影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(1): 017103. doi: 10.7498/aps.61.017103
[8]	侯清玉, 赵春旺, 金永军, 关玉琴, 林琳, 李继军. ZnO高掺杂Ga的浓度对导电性能和红移效应影响的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(6): 4156-4161. doi: 10.7498/aps.59.4156
[9]	王强. Bi0.5Ca0.5Mn1-xCoxO3体系中的电荷有序和相分离. 物理学报, 2010, 59(9): 6569-6574. doi: 10.7498/aps.59.6569
[10]	李美丽, 付兴烨, 孙宏宁, 赵洪安, 李丛, 段永平, 闫元, 孙民华. 高压作用下相分离液体玻璃转变的分子动力学研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5604-5609. doi: 10.7498/aps.58.5604
[11]	刘锐, 李寅阊, 厚美瑛. 三维颗粒气体相分离现象. 物理学报, 2008, 57(8): 4660-4666. doi: 10.7498/aps.57.4660
[12]	封伟, 高中扩. 有机光伏电池物理性能的模拟. 物理学报, 2008, 57(4): 2567-2573. doi: 10.7498/aps.57.2567
[13]	翟薇, 王楠, 魏炳波. 偏晶溶液相分离过程的实时观测研究. 物理学报, 2007, 56(4): 2353-2358. doi: 10.7498/aps.56.2353
[14]	王笑, 潘安练, 刘丹, 白永强, 张朝晖, 邹炳锁, 朱星. 近场光学显微镜研究CdS0.65Se0.35纳米带空间分辨光致荧光谱. 物理学报, 2007, 56(11): 6352-6357. doi: 10.7498/aps.56.6352
[15]	吴伟才, 周印华, 温善鹏, 韩靓, 田文晶. 溶剂效应对聚苯撑乙烯掺杂苝二酰亚胺太阳电池性能的影响. 物理学报, 2007, 56(8): 5003-5008. doi: 10.7498/aps.56.5003
[16]	张勇, 唐超群, 戴君. 锐钛矿TiO2及其掺Fe所导致的红移现象研究：赝势计算和紫外光谱实验. 物理学报, 2005, 54(1): 323-327. doi: 10.7498/aps.54.323
[17]	邝　华, 孔令江, 刘慕仁. 考虑延迟概率因素对混合车辆敏感驾驶交通流模型的研究. 物理学报, 2004, 53(12): 4138-4144. doi: 10.7498/aps.53.4138
[18]	张秋菊, 盛政明, 张杰. 超短脉冲强激光与固体靶作用产生的高次谐波红移. 物理学报, 2004, 53(7): 2180-2183. doi: 10.7498/aps.53.2180
[19]	冯文强, 诸跃进. 外噪声场对二元混合物相分离的驱动作用. 物理学报, 2004, 53(11): 3690-3694. doi: 10.7498/aps.53.3690
[20]	封伟, 曹猛, 韦玮, 吴洪才, 万梅香, 吉野胜美. 有机聚合物受体给体复合体薄膜光伏电池性能研究. 物理学报, 2001, 50(6): 1157-1162. doi: 10.7498/aps.50.1157

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