電池結(jié)構(gòu)對(duì)大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的影響

胡雪花 溫彬彬

摘 要：本文采用噴涂法制備了器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOTPSS/P3HT：PCBM/LiF/Al的有機(jī)太陽(yáng)能電池，研究了不同電池組結(jié)構(gòu)對(duì)大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，串并聯(lián)結(jié)構(gòu)大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池能大大提高電池的光電性能，能量轉(zhuǎn)換效率為0.91%，明顯優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的電池組件。

關(guān)鍵詞：噴涂；有機(jī)太陽(yáng)能電池；P3HT：PCBM；大面積；串并聯(lián)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.094

1 引言

有機(jī)太陽(yáng)能電池具有很多優(yōu)點(diǎn)，是眾多科研工作者的研究熱點(diǎn)[1-4]，目前PTB7：PC71BM體系的電池的轉(zhuǎn)換效率最高有7.4%，但是電池的有效面積只有0.1cm2[5]，雖然轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)比較高，但由于電池的有效面積較小，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。本文致力于采用噴涂技術(shù)制備大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池，并對(duì)不同電池結(jié)構(gòu)對(duì)電池性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究分析。

2 實(shí)驗(yàn)過程

首先采用光刻的方法將ITO玻璃進(jìn)行圖形化并清洗，噴涂PEDOT：PSS，噴涂P3HT和PCBM溶液。最后，蒸鍍LiF和Al陰極。

3 結(jié)果與討論

本文分別制備了簡(jiǎn)單十字交叉結(jié)構(gòu)、正交矩陣結(jié)構(gòu)、金屬網(wǎng)格輔助電極結(jié)構(gòu)、串并聯(lián)結(jié)構(gòu)四種結(jié)構(gòu)的大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池組件，如圖1所示。

如圖2所示為不同結(jié)構(gòu)大面積器件的J-V特性曲線，可見簡(jiǎn)單十字交叉結(jié)構(gòu)電池性能最差，主要是因?yàn)镮TO電極表面電阻大，薄膜瑕疵的概率大。采用正交矩陣結(jié)構(gòu)的大面積器件性能明顯提高，但器件的填充因子沒有明顯的改善。這是因?yàn)椴捎谜痪仃嚱Y(jié)構(gòu)制備的大面積器件在一定程度上降低了薄膜缺陷對(duì)整個(gè)器件造成的影響，但是ITO電極的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，ITO薄膜表面電阻仍然比較大。金屬網(wǎng)格輔助電極結(jié)構(gòu)大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池器件性能較正交矩陣結(jié)構(gòu)的器件進(jìn)一步提高，但器件的開路電壓明顯較其他器件低。器件短路電流密度提高的最主要的原因是金屬網(wǎng)格降低了ITO電極的表面電阻。串并聯(lián)結(jié)構(gòu)大面積器件的性能較其他結(jié)構(gòu)器件的性能大大提高，填充因子也有所提高。這是因?yàn)榇⒙?lián)結(jié)構(gòu)中單個(gè)電池的面積較小，有效面積越小則器件的性能越好，通過單個(gè)小面積器件的串聯(lián)與并聯(lián)很好的解決了ITO表面電阻及大面積薄膜缺陷對(duì)器件性能造成的影響。

4 結(jié)論

本文基于噴涂技術(shù)分別四種結(jié)構(gòu)的大面積有機(jī)太陽(yáng)能電池組件，對(duì)不同電池組件結(jié)構(gòu)對(duì)電池性能的影響進(jìn)行了探索和分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用串并聯(lián)結(jié)構(gòu)制備的有機(jī)太陽(yáng)能電池組件光電性能最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1]Krebs F C，Gevorgyan S A，Alstrup J.A roll-to-roll process to flexible polymer solar cells： model studies， manufacture and operational stability studies[J].J.Mater.Chem.19.30（2009）：5442-5451.

[2]Medford A J，Lilliedal M R，J?rgensen M，et al.Grid-connected polymer solar panels：initial considerations of cost，lifetime，and practicality[J].Opt.Express，18（2010） A272-A285.

[3]Yip H L，Hau S K，Baek N S，et al.Self-assembled monolayer modified ZnO/metal bilayer cathodes for polymer/fullerene bulk-heterojunction solar cells[J].Appl.Phys.Lett.92（2008） 193313-1-193313-3.

[4]Thompson B C，F(xiàn)réchet J M J.Polymer-fullerene composite solar cells[J].Angew.Chem.Int.Ed.47（2008）58-77.

[5]Liang Y，Xu Z，Xia J，et al.For the bright future—bulk heterojunction polymer solar cells with power conversion efficiency of 7.4%[J].Adv.Mater.22（2010）E135-E138.

作者簡(jiǎn)介：胡雪花（1987-），女，河北石家莊人，碩士，助教，研究方向：新能源類教學(xué)與科研。