基于Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的倒置聚合物太陽(yáng)能電池的研究?

李琦 章勇2)

1)(華南師范大學(xué)光電子材料與技術(shù)研究所,微納光子功能材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510631)

2)(廣東省低碳與新能源材料工程技術(shù)研究中心,廣州 510631)

1 引 言

聚合物太陽(yáng)能電池由于具有低成本、重量輕、柔性化并容易印刷加工制備成大面積器件等優(yōu)勢(shì)而受到科研工作者的廣泛關(guān)注與研究,成為當(dāng)今最有前景的可再生能源之一[1,2].此外,由于倒置太陽(yáng)能電池相對(duì)于正置太陽(yáng)能電池器件具有更好的穩(wěn)定性而受到更加廣泛關(guān)注與研究.陽(yáng)極緩沖層作為改善倒置太陽(yáng)能電池性能的一個(gè)重要研究方向,它能有效地增強(qiáng)陽(yáng)極對(duì)空穴的收集并且阻擋電子的傳輸.其中,聚34-乙烯二氧噻吩單體:聚苯乙烯磺酸鈉(PEDOT:PSS)是聚合物太陽(yáng)能電池最常用的陽(yáng)極緩沖層材料[3,4],但是它具有的較強(qiáng)的吸水性和酸性,極大地影響了太陽(yáng)能電池器件的穩(wěn)定性[5,6].因此,一些具有寬禁帶、高功函數(shù)的金屬氧化物半導(dǎo)體如NiO[7],V2O5[8],WO3[9],CrOx[10]和MoO3[11]等,因其較低的制備成本、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和良好的電子阻擋能力而被用來(lái)替代PEDOT:PSS作為陽(yáng)極緩沖層材料.其中,MoO3作為一種高效的陽(yáng)極緩沖層材料被廣泛應(yīng)用于聚合物太陽(yáng)能電池的制備中,但是其導(dǎo)電性能以及對(duì)空氣中氧氣的穩(wěn)定性都有待進(jìn)一步提高[12],因此采用MoO3與其他材料結(jié)合形成復(fù)合陽(yáng)極緩沖層在倒置聚合物太陽(yáng)能電池的應(yīng)用中顯示出了特殊作用,如CuPc/MoO3[13],MoS2/MoO3[14],CuCl2/MoO3[15]和CuBr2/MoO3[16]等作為復(fù)合陽(yáng)極緩沖層應(yīng)用于太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中而實(shí)現(xiàn)了高效率器件.

綜合以上分析,本文通過(guò)在活性層和MoO3層之間引入Al2O3薄膜,形成復(fù)合陽(yáng)極緩沖層來(lái)優(yōu)化倒置聚合物太陽(yáng)能電池器件的性能.Al2O3是一種具有低成本、無(wú)毒、高穩(wěn)定性和低表面態(tài)缺陷密度的材料[17].Zhang等[18]通過(guò)在活性層和空穴傳輸層之間引入Al2O3作陽(yáng)極緩沖層從而降低了量子點(diǎn)發(fā)光二極管器件的漏電流,同時(shí)提高了其光電性能及穩(wěn)定性.Cui等[19]通過(guò)在活性層和空穴傳輸層之間引入Al2O3作陽(yáng)極緩沖層從而提高了有機(jī)發(fā)光二極管器件的光電性能及穩(wěn)定性.然而,在聚合物太陽(yáng)能電池領(lǐng)域中利用Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層來(lái)修飾優(yōu)化器件性能的研究卻未見(jiàn)報(bào)道.本文通過(guò)改變Al2O3前驅(qū)體溶液的濃度從而在活性層表面引入不同厚度的Al2O3薄膜,利用其和MoO3結(jié)合形成復(fù)合陽(yáng)極緩沖層來(lái)改善活性層和陽(yáng)極之間的接觸性能,增強(qiáng)其對(duì)空穴的收集能力,并阻擋電子躍遷進(jìn)入陽(yáng)極,從而提高倒置聚合物太陽(yáng)能電池器件的性能.

2 實(shí)驗(yàn)部分

所有器件制作在預(yù)先刻蝕好的氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電玻璃上.將方阻為11—15 ?的ITO玻璃依次用丙酮、去離子水和異丙醇(IPA)分別超聲清洗15 min,然后將洗好的ITO玻璃置于烘箱中干燥并移入水和氧氣含量少于10 ppm(1 ppm=10?6)的布勞恩氮?dú)馐痔紫渲袀溆?首先將制備好的ZnO溶液以2000 r/min的轉(zhuǎn)速旋涂于ITO玻璃襯底上(旋涂時(shí)間50 s),150°C退火10 min.聚3-己基噻吩(P3HT)和[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)均購(gòu)于Luminescence Technology Corp.,配制成質(zhì)量比為1:0.8,總濃度為36 mg/mL的混合溶液,溶劑為鄰二氯苯.將P3HT:PC61BM溶液以800 r/min的轉(zhuǎn)速旋涂于ZnO陰極緩沖層上(旋涂時(shí)間45 s),在手套箱內(nèi)靜置7 h后,150°C退火15 min.Al2O3前驅(qū)體溶液根據(jù)此前報(bào)道的方法預(yù)先制備[20],然后通過(guò)IPA溶液稀釋從而獲得不同濃度的Al2O3前驅(qū)體溶液,將制備好的不同濃度的Al2O3前驅(qū)體溶液分別以2000 r/min的轉(zhuǎn)速旋涂于P3HT:PC61BM活性層上(旋涂時(shí)間50 s),150°C退火40 min.最后將上述器件放入真空熱蒸發(fā)鍍膜機(jī)中蒸鍍MoO3(5 nm)/Ag(100 nm)電極,所制備的倒置聚合物太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)如圖1所示.

Al2O3薄膜的X射線光電子能譜(XPS)圖由賽默飛世爾科技公司的X射線光電子能譜儀KALPHA+測(cè)量,吸收光譜由安捷倫公司的Agilent 8453型紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)(UV-vis)測(cè)量,光伏性能是在AM1.5G(100 mW/cm2)的太陽(yáng)模擬光源下由Keithley 2450半導(dǎo)體測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得,薄膜形貌由德國(guó)Carl Zeiss公司的Zeiss Ultra 55型掃描電子顯微鏡(SEM)和俄羅斯NT-MDT公司的SOLVER PRO-M型原子力顯微鏡(AFM)測(cè)得,交流阻抗譜由美國(guó)惠普(HEWLETT PACKARD)公司的HP4192A阻抗分析儀測(cè)得.

圖1 基于Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的倒置聚合物太陽(yáng)能電池 (a)結(jié)構(gòu)示意圖;(b)相應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.(a)Structure schematic diagram of the inverted polymer solar cells based on Al2O3/MoO3composite anode buffer layer;(b)the energy level diagram of layers in the device.

3 結(jié)果分析

3.1 Al2O3薄膜的XPS圖譜及吸收光譜

為了驗(yàn)證本文所制備的Al2O3薄膜的成分,將預(yù)先制備好的Al2O3前驅(qū)體溶液旋涂在石英玻璃上,并在150°C退火40 min后對(duì)其進(jìn)行XPS測(cè)試,如圖2所示.Al 2p和O 1s對(duì)應(yīng)的峰位分別為74.1 eV和531.9 eV.從圖2(b)可知,O 1s主要有三個(gè)來(lái)源,其中束縛能為531.6 eV的峰位來(lái)源于Al2O3中的O原子,束縛能為532.5 eV的峰位主要來(lái)源于H2O,O2,OH?中的O原子,而束縛能為530.2 eV的峰位可能來(lái)源于AlO(OH)中的O原子.據(jù)此分析驗(yàn)證了通過(guò)Al2O3前驅(qū)體溶液旋涂后低溫退火的方法主要形成了Al2O3薄膜.

此外,通過(guò)UV-vis進(jìn)一步測(cè)試得到Al2O3薄膜的吸收光譜,如圖3(a)所示.從圖3(a)可知,Al2O3薄膜在199 nm處有一個(gè)特征吸收峰,并通過(guò)所測(cè)得的吸收光譜轉(zhuǎn)換得到(Ahv)2-hv線性關(guān)系圖[21],如圖3(b)所示,沿該曲線做反向切線至與x軸相交,獲得對(duì)應(yīng)值為5.53 eV,即為所制備薄膜的光學(xué)帶寬,其略小于傳統(tǒng)低溫制備的Al2O3的光學(xué)帶寬5.8 eV[22],這可能與所制備薄膜中還存在少量AlO(OH)有關(guān).

圖2 Al2O3薄膜的XPS圖譜 (a)Al 2p;(b)O 1sFig.2.XPS spectrum of Al2O3:(a)Al 2p;(b)O 1s.

圖3 (a)Al2O3薄膜的吸收光譜及其(b)對(duì)應(yīng)的(Ahv)2-hv線性關(guān)系圖Fig.3.(a)The absorption spectrum of Al2O3thin film and(b)the corresponding(Ahv)2-hv linear diagram.

3.2 Al2O3薄膜對(duì)P3HT:PC61BM活性層的表面形貌的影響

為了研究Al2O3薄膜對(duì)P3HT:PC61BM活性層的表面形貌的影響,首先分析了Al2O3前驅(qū)體溶液的溶劑IPA對(duì)活性層的影響.通過(guò)在P3HT和PC61BM薄膜上分別旋涂IPA溶劑,用UV-vis分別測(cè)試得到旋涂IPA前后P3HT給體和PC61BM受體的吸收光譜的變化情況,如圖4所示.從圖4可以發(fā)現(xiàn),旋涂IPA溶劑后,P3HT給體薄膜的吸收光譜基本沒(méi)有變化,而PC61BM受體薄膜的吸收光譜有明顯降低,這說(shuō)明IPA溶劑僅對(duì)活性層中的PC61BM受體有一定的溶解清洗作用.

此外,通過(guò)SEM測(cè)試分析了Al2O3陽(yáng)極緩沖層對(duì)P3HT:PC61BM活性層表面形貌的影響,如圖5所示.從圖5可見(jiàn):P3HT:PC61BM活性層無(wú)溶液旋涂時(shí)表面形貌較為平坦;旋涂IPA溶劑后在活性層表面上形成了大量的小坑,根據(jù)上面的分析可知這是IPA對(duì)P3HT:PC61BM活性層表面中的PC61BM受體成分有溶解清洗作用造成的;相對(duì)于IPA溶劑旋涂的情況,涂覆Al2O3陽(yáng)極緩沖層后活性層表面的小坑減少,這是因?yàn)锳l2O3陽(yáng)極緩沖層對(duì)IPA溶劑產(chǎn)生的大量小坑有填充作用,即增加了復(fù)合陽(yáng)極緩沖層與P3HT給體的接觸.

圖4 旋涂IPA溶劑前后的吸收光譜 (a)P3HT給體薄膜;(b)PC61BM受體薄膜Fig.4.The absorption spectra of before and after IPA solvent by spin coating:(a)P3HT donor film;(b)PC61BM acceptor film.

圖5 不同溶液旋涂后P3HT:PC61BM活性層的SEM圖 (a)無(wú)溶液旋涂;(b)IPA溶劑旋涂;(c)涂覆Al2O3陽(yáng)極緩沖層Fig.5.The SEM images of P3HT:PC61BM active layers before and after different solution spin coating:(a)No solution spin coating;(b)IPA spin coating;(c)Al2O3spin coating.

圖6 不同溶液旋涂后P3HT:PC61BM活性層的AFM圖 (a)無(wú)溶液旋涂;(b)IPA溶劑旋涂;(c)涂覆Al2O3陽(yáng)極緩沖層Fig.6.The AFM images of P3HT:PC61BM active layers before and after different solution spin coating:(a)No solution spin coating;(b)IPA spin coating;(c)Al2O3spin coating.

此外,利用AFM測(cè)試分析了Al2O3陽(yáng)極緩沖層對(duì)P3HT:PC61BM活性層表面形貌的影響,如圖6所示. 圖6(a)為無(wú)溶液旋涂時(shí)的P3HT:PC61BM活性層的AFM圖,其表面平均粗糙度為6.89 nm.圖6(b)為IPA溶劑旋涂后的P3HT:PC61BM活性層的AFM圖,其表面平均粗糙度明顯增大,達(dá)到7.63 nm,這是由于IPA溶解清洗掉了活性層表面的PC61BM受體形成了大量小坑而造成活性層表面粗糙度增大.圖6(c)為涂覆Al2O3陽(yáng)極緩沖層后的P3HT:PC61BM活性層的AFM圖,其表面平均粗糙度為7.17 nm,相對(duì)于IPA溶液旋涂后的情況有減小,這說(shuō)明Al2O3陽(yáng)極緩沖層的存在使得P3HT:PC61BM表面的平整度變好,這和前面的分析是一致的.

3.3 基于Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的倒置聚合物太陽(yáng)能電池的光伏性能

研究了不同濃度的Al2O3前驅(qū)體溶液制備的Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層對(duì)倒置聚合物太陽(yáng)能電池器件性能的影響,制備的器件結(jié)構(gòu)為:ITO/ZnO/P3HT:PC61BM/Al2O3(濃度為x%)/MoO3/Ag,并進(jìn)行了J-V測(cè)試. 圖7為采用不同濃度的Al2O3(0,0.1%,0.15%,0.3%,0.6%)/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的聚合物太陽(yáng)能電池器件的J-V曲線,表1為對(duì)應(yīng)的性能參數(shù),其中W/O為MoO3單緩沖層時(shí)的情況,IPA為僅用溶劑IPA對(duì)活性層旋涂清洗的情況.從圖7(a)和表1可知,不同濃度的Al2O3前驅(qū)體溶液制備的Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層對(duì)器件性能影響很大.其中,MoO3單緩沖層的倒置聚合物太陽(yáng)能電池器件的Voc,Jsc,填充因子(FF)和光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)分別為0.64 V,8.62 mA/cm2,63.86%和3.85%.隨著Al2O3前驅(qū)體溶液的濃度的增加,采用Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的太陽(yáng)能電池器件的光伏性能先大幅增加后逐漸減小.在Al2O3前驅(qū)體溶液的濃度為0.15%時(shí),倒置太陽(yáng)能電池器件的光伏性能達(dá)到最佳,Voc,Jsc,FF和PCE分別為0.65 V,11.04 mA/cm2,64.46%和4.64%.將其與MoO3單緩沖層的電池光伏性能對(duì)比可以發(fā)現(xiàn):Voc基本保持不變,這是由于聚合物太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓主要由給體的最高占據(jù)分子軌道與受體的最低占據(jù)分子軌道的差值決定[23];器件的Jsc和PCE均有不同程度的增大,其中Jsc增大非常明顯,將近28%,這是由于在活性層表面形成Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的過(guò)程中,Al2O3前驅(qū)體溶液中的IPA溶劑對(duì)PC61BM受體有溶解清洗作用使得在活性層表面產(chǎn)生大量小坑,同時(shí)這些小坑被Al2O3填充使活性層更加平整地與復(fù)合陽(yáng)極緩沖層接觸,進(jìn)而減小了活性層與陽(yáng)極之間的接觸電阻,提高了倒置太陽(yáng)能電池陽(yáng)極對(duì)空穴的收集而使Jsc增大,從而PCE也得到增大.但是當(dāng)Al2O3前驅(qū)體溶液的濃度進(jìn)一步增大,Al2O3厚度達(dá)到一定時(shí),其本身的電阻性逐漸占主導(dǎo)而使光生載流子很難穿過(guò)復(fù)合陽(yáng)極緩沖層到達(dá)陽(yáng)極,如濃度為0.6%時(shí)出現(xiàn)了線性的J-V曲線而導(dǎo)致器件性能大幅降低.

器件的暗電流主要來(lái)自于活性層與界面層的載流子復(fù)合電流,即電子與空穴復(fù)合越多,暗電流越大.如圖7(b)所示,相比于MoO3單緩沖層的電池器件情況,基于Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的倒置太陽(yáng)能電池有更小的暗電流,這是由于IPA溶劑對(duì)活性層表面的PC61BM受體的溶解清洗作用極大地減小了PC61BM受體與陽(yáng)極緩沖層的接觸面積,同時(shí)在活性層表面產(chǎn)生的大量小坑被Al2O3填充而使其更加平整地與復(fù)合陽(yáng)極緩沖層接觸,從而降低了電子和空穴在界面層中的復(fù)合,也即減小了暗電流的產(chǎn)生.此外,Al2O3所具有的高導(dǎo)帶和低表面態(tài)缺陷密度的特性,使得復(fù)合陽(yáng)極緩沖層可以更加有效地阻擋電子的躍遷,進(jìn)一步減小暗電流的產(chǎn)生.

圖7 基于不同濃度的Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的倒置太陽(yáng)能電池的光伏性能曲線 (a)在光照下;(b)在暗導(dǎo)電下Fig.7.The photovoltaic performance curves of inverted polymer solar cells based on Al2O3/MoO3composite anode buffer layer with different concentrations:(a)Under illumination;(b)in the dark.

表1 基于不同濃度的Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的倒置聚合物太陽(yáng)能電池器件的性能參數(shù)Table 1.The performance parameters of inverted polymer solar cells based on Al2O3/MoO3composite anode buffer layer with different concentrations.

聚合物太陽(yáng)電池器件的串聯(lián)電阻Rs[24]主要來(lái)源于有機(jī)半導(dǎo)體和電極之間的接觸電阻以及各層材料的體電阻.如表1所列,隨著Al2O3前驅(qū)體溶液濃度的增加,Rs先減小后迅速增大,這是由于Al2O3前驅(qū)體溶液對(duì)PC61BM受體有溶解清洗作用并且Al2O3填充產(chǎn)生的小坑,從而在活性層表面形成Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層,增大了P3HT給體與緩沖層的接觸面積,減小了活性層與陽(yáng)極之間的接觸電阻,即使得Rs減小,但當(dāng)Al2O3前驅(qū)體溶液的濃度超過(guò)0.3%后,Rs增大明顯,這是由于Al2O3厚度達(dá)到一定時(shí),其電阻性占主導(dǎo)而使Rs迅速增大,當(dāng)濃度達(dá)到0.6% 時(shí),Rs為219 ?·cm2表現(xiàn)出明顯的電阻性.器件的并聯(lián)電阻Rsh來(lái)源于器件內(nèi)部或界面處載流子的各種復(fù)合通道和薄膜缺陷帶來(lái)的漏電通道等.從表1可知,相比于MoO3單緩沖層的電池器件,基于Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的電池的Rsh變大,這說(shuō)明一定厚度的Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層能夠使活性層與陽(yáng)極之間的缺陷更少,這與器件的暗電流的分析相一致.

3.4 基于不同濃度的Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的太陽(yáng)能電池器件的交流阻抗譜

交流阻抗譜分析是研究載流子在半導(dǎo)體體內(nèi)和電極界面?zhèn)鬏敿胺蛛x的電化學(xué)過(guò)程的工具[25].為了更好地理解載流子在聚合物太陽(yáng)電池活性層和電極之間的傳輸過(guò)程,我們進(jìn)一步在非光照條件下挑選測(cè)試了MoO3單緩沖層和有Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的太陽(yáng)能電池器件的交流阻抗譜.圖8為器件在0.8 V偏壓和頻率范圍為10 Hz—10 MHz下測(cè)得的交流阻抗譜的奈奎斯特圖[26]及其擬合電路,擬合值見(jiàn)表2.其中串聯(lián)電阻Rs主要是由電極和活性層的體電阻和界面的接觸電阻組成.而Rp主要體現(xiàn)了載流子在各界面間的傳輸過(guò)程.常相角元件阻抗CPE-P值反映電池界面的理想程度[27].從圖8(a)和表2可知,相對(duì)于MoO3單緩沖層的情況,有Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的太陽(yáng)能器件的Rs要稍小一點(diǎn),這是由于Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層減小了活性層與電池陽(yáng)極之間的接觸電阻,這與前面對(duì)J-V的分析相一致.另外,Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的存在使得Rp明顯增大,說(shuō)明有復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的聚合物太陽(yáng)能電池的活性層和陽(yáng)極緩沖層之間的電子和空穴的復(fù)合通道減少.圖8(b)給出了有Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層電池的波特圖.從圖8(b)可以觀察到每個(gè)圖在高頻處都有一個(gè)特征頻率峰,其與電荷在電極表面的遷移有關(guān)[28].MoO3單緩沖層和有Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的太陽(yáng)能電池器件對(duì)應(yīng)的峰值分別為112000 Hz和251000 Hz.載流子的傳遞時(shí)間常數(shù)τ可以由τ=1/(2πfmax)求得.因此有Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的太陽(yáng)能電池器件有更小的τ值,也說(shuō)明載流子在活性層和緩沖層中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間更短.因此,τ值的減小可以提高Jsc,從而增加了倒置聚合物太陽(yáng)能電池器件的PCE.

表2 相對(duì)應(yīng)倒置太陽(yáng)能電池進(jìn)行交流阻抗譜擬合后的性能參數(shù)Table 2.The fitting performance parameters of alternating current impedance spectra corresponding to inverted solar cells.

圖8 非光照條件下挑選的基于不同陽(yáng)極緩沖層的倒置太陽(yáng)能電池器件的交流阻抗譜 (a)奈奎斯特圖及其擬合電路圖;(b)波特圖Fig.8.Alternating current impedance spectroscopy in the dark of the selected inverted solar cells based on different anode buffer layers:(a)Nyquist plot and the corresponding fitting-circuit diagram;(b)the Bode plot.

圖9 挑選的基于不同陽(yáng)極緩沖層的電池器件的光伏參數(shù)隨時(shí)間的衰減曲線 (a)Voc;(b)Jsc;(c)FF;(d)PCEFig.9.The photovoltaic parameter attenuation curves over time of the selected inverted solar cells based on different anode buffer layers:(a)Voc;(b)Jsc;(c)FF;(d)PCE.

3.5 基于Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的太陽(yáng)能電池器件的穩(wěn)定性研究

聚合物太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性也是衡量器件性能好壞的重要條件之一.首先采用0.2 mm厚的涂有環(huán)氧樹(shù)脂的蓋玻片直接蓋在聚合物太陽(yáng)能電池的有效部分,然后用紫外燈照射使其固化,從而簡(jiǎn)單地使太陽(yáng)能電池器件隔絕了水氧.為了方便比較,我們對(duì)器件的光伏參數(shù)做了歸一化處理.圖9為挑選的MoO3單緩沖層和Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的太陽(yáng)能電池器件在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的光伏參數(shù)隨時(shí)間的衰減變化情況.從圖9可見(jiàn):經(jīng)過(guò)80天持續(xù)老化測(cè)試,兩種樣品的Voc基本保持穩(wěn)定;Jsc隨時(shí)間不斷下降,但有Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層時(shí)Jsc下降得很小.相比MoO3單緩沖層的情況,有Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的太陽(yáng)能電池器件的PCE性能下降得更慢,仍保留在初始值的76%,而單緩沖層的器件PCE已經(jīng)下降到50%以下.綜合比較分析,可以得出有Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的倒置聚合物太陽(yáng)能電池器件表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性.

4 結(jié) 論

采用Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層制備了以P3HT:PC61BM為活性層的倒置聚合物太陽(yáng)能電池,研究了采用不同濃度的Al2O3前驅(qū)體溶液制備的Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層對(duì)太陽(yáng)能電池器件性能的影響.結(jié)果表明:當(dāng)Al2O3前驅(qū)體溶液的濃度為0.15%時(shí)形成的Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層能夠減小活性層與陽(yáng)極之間的接觸電阻,增加電池陽(yáng)極對(duì)空穴的收集,提升了倒置聚合物太陽(yáng)能電池的短路電流和PCE.此外,相對(duì)于MoO3單緩沖層的情況,Al2O3/MoO3復(fù)合陽(yáng)極緩沖層的倒置聚合物太陽(yáng)能電池器件表現(xiàn)出較好的器件穩(wěn)定性.

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