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非晶/结晶共混对聚合物光伏电池性能的影响
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TQ630.495[化学工程—精细化工] TM911.4[电气工程—电力电子与电力传动]
  • 作者机构:[1]中国科学院等离子体物理研究所,合肥230031, [2]中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031, [3]安徽建筑工业学院材料科学与工程系,合肥230022
  • 相关基金:中国科学院“百人计划”、国家自然科学基金(批准号:20474066)和教育部留学回国人员科研启动基金资助的课题.
中文摘要:

以局域规整聚(3-己基噻吩)(P3HT)制备了TiO2/聚合物型双层结构光伏电池.利用稳态电流-电压测试和动态强度调制光电压谱,结合差热分析、吸收光谱和荧光光谱,研究了非晶支化聚亚乙基亚胺(BPEI)作为P3HT膜层的添加成分对TiO2/P3HT双层电池性能的影响.由于P3HT链的高结晶性,使得TiO2/P3HT界面接触不好,导致电池性能差.当在P3HT中共混重量比WBPEI/P3HT=1%—5%的BPEI时,电池性能得到显著改善;尤其是当WBPEI/P3HT=1%时,电池表现出近0.8 V的开路电压和20μA/cm2的短路电流.结果表明BPEI对电池性能的影响不是源于P3HT-BPEI共混体系光学性能的变化,而主要是由于其改变了TiO2/P3HT界面接触性能.BPEI对TiO2/P3HT界面接触有两个相互竞争的影响,这取决于P3HT-BPEI共混体系的组成.一方面,通过降低P3HT的结晶度和增强与TiO2表面的相互作用,改善P3HT链在TiO2表面的附着;另一方面,当BPEI含量过高时,BPEI在TiO2表面的附着量将增加,反而会阻碍P3HT与TiO2表面的接触.良好的TiO2/P3HT界面接触有利于提高激子的界面分离效率、光生电子的寿命和电池效率.本文结果有望为聚合物光伏电池性能的改善提供新的认识和方法.

英文摘要:

Bilayer TiO2/polymer photovoltaic cells are prepared by using regioregular poly(3-hexylthiophene)(P3HT) and branched poly(ethyleneimine)(BPEI) as an additive to P3HT.Influences of BPEI,an amorphous polymer,on the performance of bilayer TiO2/P3HT cells are investigated by means of steady-state current-voltage measurements and dynamic intensity-modulated photovoltage spectroscopy,in combination with differential thermal analysis,UV-vis absorption and photoluminescence spectroscopy.Due to the high crystallinity of P3HT,bilayer TiO2/P3HT cell exhibits a poor performance.As P3HT is blended with BPEI in the weight ratio of WBPEI/P3HT =1%—5%,the performance of the devices is greatly improved;in particular,as WBPEI/P3HT = 1%,the cell exhibits an open-circuit voltage of 0.8V and a short-circuit current of 20μA/cm2.Results show that the influence of BPEI on the cell performance originates from the changed interfacial contact at TiO2/P3HT interface rather than the varied optical properties of P3HT in P3HT-BPEI blend.BPEI imposes two competitive effects on interfacial contact between TiO2 and P3HT,depending on the compositional structure of the blend.On one hand,BPEI improves the interfacial contact by reducing the crystallinity of P3HT and enhancing the interaction between P3HT and TiO2.On the other hand,the interfacial contact will become worse with more BPEI chains accumulating on TiO2 surface.A good contact at TiO2/P3HT interface facilitates the access to a high exciton dissociation efficiency,a long lifetime of photogenerated electrons and further a high device efficiency.The results presented in this paper are expected to provide new insights and a novel strategy for improving the performance of polymer-based photovoltaic cells.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876