npb阳极缓冲层对反型结构聚合物太阳能电池性能的影响

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.63,No.7(2014)078801NPB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y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-butyricacidmethylester(PCBM),器件结构为ITO/ZnO/P3HT:PCBM/NPB(0,1,5,10,25nm

2、)/Ag的反型体异质结聚合物太′′′′阳能电池.不同厚度的N,N-diphenyl-N,N-bis(1-naphthyl)-1,1-biphenyl-4,4-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,1nm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25nm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,1nm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

3、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.–zDOI: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管(OLED)[1214],但是在国内外的研究中却很少1引言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MoO3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

4、选择.但是相比MoO3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(J-V)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J-V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[4;5],3信息.电容是有关器件中电荷积累的物理量,在双V

5、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(C-V)测253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异质结结构太阳能电池中,C-V被用来研究器件偶极层从而改变电极的功函数[911].NPB作为一内及界面处的电荷积累[16;17].电容与导纳谱也经国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(批准号:2010CB327704)、教育部博士点基金(批准号:20130009130001)、国家自然科学基金(批准号:51272022)、

6、教育部博士点基金(批准号:20120009130005)、教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-10-0220)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:2012JBZ001)资助的课题.†通讯作者.E-mail:zhengxu@bjtu.edu.cn©2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn078801-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.63,No.7(2014)078801常被用来分析有机半导体器件中的载流子传输机理[1820].C-V测试有望成为一种直接探测体异质3结果与讨论

7、结聚合物太阳能电池中电荷传输的新途径.尽管国器件结构如示意图1所示,其中ITO作为阴内外研究人员在利用C-V测试分析太阳能电池工极,ZnO作为电子传输与空穴阻挡层,Ag作为作原理方面做了大量工作,但是主要集中于分析器阳极,NPB被用作阳极缓冲层材料应用于反型件暗条件下的C-V特性,而此文中不仅利用暗条件P3HT:PCBM体异质结聚合物太阳能电池中.下的C-V特性研究器件工作机理,而且在此基础上还利用光照条件下的C-V曲线研究体异质结结构器件中的载流子收集特性.+此文中,研究了不同厚度NPB对体异质结反Ag型结构聚合