聚(3-己基噻吩)作为光谱增感层在有机太阳电池光谱响应增强中的应用

吴振武 刘扬 韦尚江 黄训 张东煜 周明 陈立桅 马昌期 王华

引用本文: 吴振武, 刘扬, 韦尚江, 黄训, 张东煜, 周明, 陈立桅, 马昌期, 王华. 聚(3-己基噻吩)作为光谱增感层在有机太阳电池光谱响应增强中的应用[J]. 物理化学学报, 2013, 29(08): 1735-1744. doi: 10.3866/PKU.WHXB201305241 shu
Citation:  WU Zhen-Wu, LIU Yang, WEI Shang-Jiang, HUANG Xun, ZHANG Dongyu, ZHOU Ming, CHEN Liwei, MA Chang-Qi, WANG Hua. Spectrum Response Enhancement of Organic Solar Cell Using a Poly(3-hexylthiophene) Photosensitizing Layer[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(08): 1735-1744. doi: 10.3866/PKU.WHXB201305241 shu

聚(3-己基噻吩)作为光谱增感层在有机太阳电池光谱响应增强中的应用

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(91123034, 61274056) (91123034, 61274056)

    山西省科技创新重点团队(2012041011)资助项目 (2012041011)

摘要:

报道了利用聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为前置缓冲层来弥补(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩)-(4-氟代噻并[3,4-b]噻吩(PBDT-TT-F):[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)共混体相异质结(BHJ)电池对450-600 nm处光谱响应不足的新的器件结构设计思路. 光谱带隙为1.8 eV的PBDT-TT-F 在550-700 nm处有很强的光谱吸收, 在有机太阳电池器件上有很好的应用潜能. 但其在350-550 nm处的吸收不强, 影响了器件对太阳光谱的利用效率. 与此相比, P3HT薄膜的光谱吸收主要在450-600 nm范围内, 同PBDT-TT-F 形成良好的互补关系. 新设计的器件外量子效率(EQE)研究结果表明, 利用P3HT 作为前置缓冲层可以与PBDT-TT-F:PC61BM薄膜中的PC61BM形成平面异质结, 从而拓展了器件在450-600 nm处的光谱响应范围,实现光谱增感作用. 优化P3HT的厚度为20 nm左右, 器件对外输出的短路光电流密度从11.42 mA·cm-2提高到12.15 mA·cm-2, 达到了6.3%的提升.

English

    1. [1]

      (1) Mayukh, M.; Jung, I. H.; He, F.; Yu, L. J. Polym. Sci. B: Polym.Phys. 2012, 50 (15), 1057. doi: 10.1002/polb.23102

      (1) Mayukh, M.; Jung, I. H.; He, F.; Yu, L. J. Polym. Sci. B: Polym.Phys. 2012, 50 (15), 1057. doi: 10.1002/polb.23102

    2. [2]

      (2) Kumar, P.; Chand, S. Prog. Photovoltaics Res. Appl. 2012, 20 (4), 377. doi: 10.1002/pip.v20.4(2) Kumar, P.; Chand, S. Prog. Photovoltaics Res. Appl. 2012, 20 (4), 377. doi: 10.1002/pip.v20.4

    3. [3]

      (3) Brabec, C. J.; wrisanker, S.; Halls, J. J. M.; Laird, D.; Jia, S.;Williams, S. P. Adv. Mater. 2010, 22 (34), 3839. doi: 10.1002/adma.200903697(3) Brabec, C. J.; wrisanker, S.; Halls, J. J. M.; Laird, D.; Jia, S.;Williams, S. P. Adv. Mater. 2010, 22 (34), 3839. doi: 10.1002/adma.200903697

    4. [4]

      (4) Li, G.; Zhu, R.; Yang, Y. Nat. Photonics 2012, 6 (3), 153.doi: 10.1038/nphoton.2012.11(4) Li, G.; Zhu, R.; Yang, Y. Nat. Photonics 2012, 6 (3), 153.doi: 10.1038/nphoton.2012.11

    5. [5]

      (5) He, Z.; Zhong, C.; Su, S.; Xu, M.;Wu, H.; Cao, Y. Nat.Photonics 2012, 6 (9), 591.(5) He, Z.; Zhong, C.; Su, S.; Xu, M.;Wu, H.; Cao, Y. Nat.Photonics 2012, 6 (9), 591.

    6. [6]

      (6) Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.;Warta,W.; Dunlop, E.D. Prog. Photovoltaics Res. Appl. 2013, 21 (1), 1.(6) Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.;Warta,W.; Dunlop, E.D. Prog. Photovoltaics Res. Appl. 2013, 21 (1), 1.

    7. [7]

      (7) Ye, H. Y.; Li,W.; Li,W. S. Chin. J. Org. Chem. 2012, 32 (2),266. [叶怀英, 李文, 李维实. 有机化学, 2012, 32 (2), 266.]doi: 10.6023/cjoc1104062(7) Ye, H. Y.; Li,W.; Li,W. S. Chin. J. Org. Chem. 2012, 32 (2),266. [叶怀英, 李文, 李维实. 有机化学, 2012, 32 (2), 266.]doi: 10.6023/cjoc1104062

    8. [8]

      (8) Liang, Y.; Feng, D.;Wu, Y.; Tsai, S. T.; Li, G.; Ray, C.; Yu, L.J. Am. Chem. Soc. 2009, 131 (22), 7792. doi: 10.1021/ja901545q(8) Liang, Y.; Feng, D.;Wu, Y.; Tsai, S. T.; Li, G.; Ray, C.; Yu, L.J. Am. Chem. Soc. 2009, 131 (22), 7792. doi: 10.1021/ja901545q

    9. [9]

      (9) Chen, H. Y.; Hou, J.; Zhang, S.; Liang, Y.; Yang, G.; Yang, Y.;Yu, L.;Wu, Y.; Li, G. Nat. Photonics 2009, 3 (11), 649.doi: 10.1038/nphoton.2009.192(9) Chen, H. Y.; Hou, J.; Zhang, S.; Liang, Y.; Yang, G.; Yang, Y.;Yu, L.;Wu, Y.; Li, G. Nat. Photonics 2009, 3 (11), 649.doi: 10.1038/nphoton.2009.192

    10. [10]

      (10) Liang, Y.; Xu, Z.; Xia, J.; Tsai, S. T.;Wu, Y.; Li, G.; Ray, C.; Yu,L. Adv. Mater. 2010, 22 (20), E135.(10) Liang, Y.; Xu, Z.; Xia, J.; Tsai, S. T.;Wu, Y.; Li, G.; Ray, C.; Yu,L. Adv. Mater. 2010, 22 (20), E135.

    11. [11]

      (11) Ameri, T.; Dennler, G.; Lungenschmied, C.; Brabec, C. J.Energy Environ. Sci. 2009, 2 (4), 347. doi: 10.1039/b817952b(11) Ameri, T.; Dennler, G.; Lungenschmied, C.; Brabec, C. J.Energy Environ. Sci. 2009, 2 (4), 347. doi: 10.1039/b817952b

    12. [12]

      (12) Sista, S.; Hong, Z.; Chen, L. M.; Yang, Y. Energy Environ. Sci.2011, 4 (5), 1606. doi: 10.1039/c0ee00754d(12) Sista, S.; Hong, Z.; Chen, L. M.; Yang, Y. Energy Environ. Sci.2011, 4 (5), 1606. doi: 10.1039/c0ee00754d

    13. [13]

      (13) Gevaerts, V. S.; Furlan, A.;Wienk, M. M.; Turbiez, M.; Janssen,R. A. J. Adv. Mater. 2012, 24 (16), 2130. doi: 10.1002/adma.201104939(13) Gevaerts, V. S.; Furlan, A.;Wienk, M. M.; Turbiez, M.; Janssen,R. A. J. Adv. Mater. 2012, 24 (16), 2130. doi: 10.1002/adma.201104939

    14. [14]

      (14) Dou, L.; You, J.; Yang, J.; Chen, C. C.; He, Y.; Murase, S.;Moriarty, T.; Emery, K.; Li, G.; Yang, Y. Nat. Photonics 2012, 6 (3), 180. doi: 10.1038/nphoton.2011.356(14) Dou, L.; You, J.; Yang, J.; Chen, C. C.; He, Y.; Murase, S.;Moriarty, T.; Emery, K.; Li, G.; Yang, Y. Nat. Photonics 2012, 6 (3), 180. doi: 10.1038/nphoton.2011.356

    15. [15]

      (15) Chen, Y. C.; Hsu, C. Y.; Lin, R. Y. Y.; Ho, K. C.; Lin, J. T.ChemSusChem 2013, 6 (1), 20. doi: 10.1002/cssc.201200609(15) Chen, Y. C.; Hsu, C. Y.; Lin, R. Y. Y.; Ho, K. C.; Lin, J. T.ChemSusChem 2013, 6 (1), 20. doi: 10.1002/cssc.201200609

    16. [16]

      (16) Yang, L.; Zhou, H.; Price, S. C.; You,W. J. Am. Chem. Soc.2012, 134 (12), 5432. doi: 10.1021/ja211597w(16) Yang, L.; Zhou, H.; Price, S. C.; You,W. J. Am. Chem. Soc.2012, 134 (12), 5432. doi: 10.1021/ja211597w

    17. [17]

      (17) Khlyabich, P. P.; Burkhart, B.; Thompson, B. C. J. Am. Chem.Soc. 2012, 134 (22), 9074. doi: 10.1021/ja302935n(17) Khlyabich, P. P.; Burkhart, B.; Thompson, B. C. J. Am. Chem.Soc. 2012, 134 (22), 9074. doi: 10.1021/ja302935n

    18. [18]

      (18) Ameri, T.; Min, J.; Li, N.; Machui, F.; Baran, D.; Forster, M.;Schottler, K. J.; Dolfen, D.; Scherf, U.; Brabec, C. J. Adv. Eng.Mater. 2012, 2 (10), 1198. doi: 10.1002/aenm.v2.10(18) Ameri, T.; Min, J.; Li, N.; Machui, F.; Baran, D.; Forster, M.;Schottler, K. J.; Dolfen, D.; Scherf, U.; Brabec, C. J. Adv. Eng.Mater. 2012, 2 (10), 1198. doi: 10.1002/aenm.v2.10

    19. [19]

      (19) Chang, S. Y.; Liao, H. C.; Shao, Y. T.; Sung, Y. M.; Hsu, S. H.;Ho, C. C.; Su,W. F.; Chen, Y. F. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (7),2447. doi: 10.1039/c2ta00990k(19) Chang, S. Y.; Liao, H. C.; Shao, Y. T.; Sung, Y. M.; Hsu, S. H.;Ho, C. C.; Su,W. F.; Chen, Y. F. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (7),2447. doi: 10.1039/c2ta00990k

    20. [20]

      (20) Li, D.; Liang, R.; Yue, H.;Wang, P.; Fu, L. M.; Zhang, J. P.; Ai,X. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (6), 1373. [李丹,梁然, 岳鹤, 王鹏, 付立民, 张建平, 艾希成. 物理化学学报, 2012, 28 (6), 1373.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201204061(20) Li, D.; Liang, R.; Yue, H.;Wang, P.; Fu, L. M.; Zhang, J. P.; Ai,X. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (6), 1373. [李丹,梁然, 岳鹤, 王鹏, 付立民, 张建平, 艾希成. 物理化学学报, 2012, 28 (6), 1373.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201204061

    21. [21]

      (21) Zhuo, Z. L.; Zhang, F. J.; Xu, X.W.;Wang, J.; Lu, L. F.; Xu, Z.Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (4), 875. [卓祖亮, 张福俊,许晓伟, 王健, 卢丽芳, 徐征. 物理化学学报, 2011, 27 (4),875.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110414(21) Zhuo, Z. L.; Zhang, F. J.; Xu, X.W.;Wang, J.; Lu, L. F.; Xu, Z.Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (4), 875. [卓祖亮, 张福俊,许晓伟, 王健, 卢丽芳, 徐征. 物理化学学报, 2011, 27 (4),875.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110414

    22. [22]

      (22) Ayzner, A. L.; Tassone, C. J.; Tolbert, S. H.; Schwartz, B. J.J. Phys. Chem. C 2009, 113 (46), 20050. doi: 10.1021/jp9050897(22) Ayzner, A. L.; Tassone, C. J.; Tolbert, S. H.; Schwartz, B. J.J. Phys. Chem. C 2009, 113 (46), 20050. doi: 10.1021/jp9050897

    23. [23]

      (23) Lee, K. H.; Schwenn, P. E.; Smith, A. R.; Cavaye, H.; Shaw, P.E.; James, M.; Krueger, K. B.; Gentle, I. R.; Meredith, P.; Burn,P. L. Adv. Mater. 2011, 23 (6), 766. doi: 10.1002/adma.201003545(23) Lee, K. H.; Schwenn, P. E.; Smith, A. R.; Cavaye, H.; Shaw, P.E.; James, M.; Krueger, K. B.; Gentle, I. R.; Meredith, P.; Burn,P. L. Adv. Mater. 2011, 23 (6), 766. doi: 10.1002/adma.201003545

    24. [24]

      (24) Treat, N. D.; Brady, M. A.; Smith, G.; Toney, M. F.; Kramer, E.J.; Hawker, C. J.; Chabinyc, M. L. Adv. Eng. Mater. 2011, 1 (1),82. doi: 10.1002/aenm.201000023(24) Treat, N. D.; Brady, M. A.; Smith, G.; Toney, M. F.; Kramer, E.J.; Hawker, C. J.; Chabinyc, M. L. Adv. Eng. Mater. 2011, 1 (1),82. doi: 10.1002/aenm.201000023

    25. [25]

      (25) Chen, H.; Hegde, R.; Browning, J.; Dadmun, M. Phys. Chem.Chem. Phys. 2012, 14 (16), 5635. doi: 10.1039/c2cp40466d(25) Chen, H.; Hegde, R.; Browning, J.; Dadmun, M. Phys. Chem.Chem. Phys. 2012, 14 (16), 5635. doi: 10.1039/c2cp40466d

    26. [26]

      (26) Liang, C.W.; Su,W. F.;Wang, L. Appl. Phys. Lett. 2009, 95 (13), 133303. doi: 10.1063/1.3242006(26) Liang, C.W.; Su,W. F.;Wang, L. Appl. Phys. Lett. 2009, 95 (13), 133303. doi: 10.1063/1.3242006

    27. [27]

      (27) Shaw, P. E.; Ruseckas, A.; Samuel, I. D.W. Adv. Mater. 2008, 20 (18), 3516. doi: 10.1002/adma.200800982(27) Shaw, P. E.; Ruseckas, A.; Samuel, I. D.W. Adv. Mater. 2008, 20 (18), 3516. doi: 10.1002/adma.200800982

    28. [28]

      (28) Dennler, G.; Scharber, M. C.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2009, 21 (13), 1323. doi: 10.1002/adma.v21:13(28) Dennler, G.; Scharber, M. C.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2009, 21 (13), 1323. doi: 10.1002/adma.v21:13

    29. [29]

      (29) Kim, J. Y.; Kim, S. H.; Lee, H. H.; Lee, K.; Ma,W.; ng, X.;Heeger, A. J. Adv. Mater. 2006, 18 (5), 572.(29) Kim, J. Y.; Kim, S. H.; Lee, H. H.; Lee, K.; Ma,W.; ng, X.;Heeger, A. J. Adv. Mater. 2006, 18 (5), 572.

    30. [30]

      (30) Gilot, J.; Barbu, I.;Wienk, M. M.; Janssen, R. A. J. Appl. Phys.Lett. 2007, 91 (11), 113520. doi: 10.1063/1.2784961(30) Gilot, J.; Barbu, I.;Wienk, M. M.; Janssen, R. A. J. Appl. Phys.Lett. 2007, 91 (11), 113520. doi: 10.1063/1.2784961

    31. [31]

      (31) Yamamoto, S.; Orimo, A.; Ohkita, H.; Benten, H.; Ito, S. Adv.Eng. Mater. 2012, 2 (2), 229. doi: 10.1002/aenm.v2.2(31) Yamamoto, S.; Orimo, A.; Ohkita, H.; Benten, H.; Ito, S. Adv.Eng. Mater. 2012, 2 (2), 229. doi: 10.1002/aenm.v2.2

    32. [32]

      (32) Kröger, M.; Hamwi, S.; Meyer, J.; Riedl, T.; Kowalsky,W.;Kahn, A. Org. Electron. 2009, 10 (5), 932. doi: 10.1016/j.orgel.2009.05.007(32) Kröger, M.; Hamwi, S.; Meyer, J.; Riedl, T.; Kowalsky,W.;Kahn, A. Org. Electron. 2009, 10 (5), 932. doi: 10.1016/j.orgel.2009.05.007

    33. [33]

      (33) Zhang, M.;Wang, H.; Tang, C. Appl. Phys. Lett. 2011, 99 (21),213506. doi: 10.1063/1.3664406(33) Zhang, M.;Wang, H.; Tang, C. Appl. Phys. Lett. 2011, 99 (21),213506. doi: 10.1063/1.3664406

    34. [34]

      (34) Li, H.; Zhang, Z. G.; Li, Y.;Wang, J. Appl. Phys. Lett. 2012, 101 (16), 163302. doi: 10.1063/1.4761246(34) Li, H.; Zhang, Z. G.; Li, Y.;Wang, J. Appl. Phys. Lett. 2012, 101 (16), 163302. doi: 10.1063/1.4761246

    35. [35]

      (35) Gu, J. H.; Zhong, Z. Y.; He, X.; Sun, F. L.; Chen, S. B.J. South-Central Univ. Nationalities (Nat. Sci. Edition) 2009, 28 (1), 57. [顾锦华, 钟志有, 何翔, 孙奉娄, 陈首部. 中南民族大学学报(自然科学版), 2009, 28 (1), 57.]

      (35) Gu, J. H.; Zhong, Z. Y.; He, X.; Sun, F. L.; Chen, S. B.J. South-Central Univ. Nationalities (Nat. Sci. Edition) 2009, 28 (1), 57. [顾锦华, 钟志有, 何翔, 孙奉娄, 陈首部. 中南民族大学学报(自然科学版), 2009, 28 (1), 57.]

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  752
  • 文章访问数:  1109
  • HTML全文浏览量:  47
文章相关
  • 发布日期:  2013-07-09
  • 收稿日期:  2013-03-29
  • 网络出版日期:  2013-05-24
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章