단순히 C60 중간층을 도입함으로써 고분자 태양 전지에서 효율적인 음극 버퍼층으로서의 5nm LiF

초록

불화리튬(LiF)은 벌크 이종접합 고분자 태양전지(PSC)에서 효율적이고 널리 사용되는 음극 완충층(CBL)입니다. LiF 두께는 일반적으로 모욕적인 특성으로 인해 1nm로 제한됩니다. 이러한 얇은 두께는 열 증착 중에 정밀한 제어가 어렵고 더 중요한 것은 1nm 두께의 LiF가 기본 활성층을 충분히 보호할 수 없다는 것입니다. 여기에서는 C₆₀ 활성층과 LiF층 사이의 층. C₆₀이 있는 기기 /LiF(5nm) 이중 CBL은 3.65%의 피크 전력 변환 효율(PCE)을 나타내며, 이는 LiF(5nm) 전용 장치의 1.79%보다 2배 더 높습니다. C₆₀의 탁월한 성능 /LiF(5nm) 기반 장치는 주로 C₆₀의 우수한 전기 전도성에 기인합니다. /LiF(5nm) 이중층, C₆₀에서 발생한 혼합으로 인해 발생 /LiF 인터페이스. 게다가, P3HT/C₆₀의 형성 C₆₀의 서브셀 및 광학 스페이서 효과 또한 단락 전류 밀도(J _sc ) 장치. LiF 두께를 8nm로 추가로 늘리면 C₆₀에 대해 1.10%의 PCE가 달성됩니다. /LiF 기반 장치인 반면, LiF 전용 장치에서는 무시할 수 있는 광전지 성능이 관찰됩니다. 대체로 결과는 C₆₀ /LiF 이중층은 LiF 두께 변화에 대한 높은 내성으로 인해 LiF 단일층에 대한 유망한 대안입니다.

<섹션 데이터-제목="배경">

배경

용액 처리된 벌크 이종접합 고분자 태양전지(PSC)는 저렴한 비용, 가벼운 무게, 대규모의 유연하고 반투명한 소자를 제작할 수 있는 가능성과 같은 잠재적인 이점 때문에 최근 수십 년 동안 점점 더 주목받고 있습니다[1,2,3 ,4,5]. 지금까지 실리콘 기반 태양 전지에 비해 상대적으로 낮은 전력 변환 효율(PCE)은 여전히 실제 적용을 방해하는 주요 제한 사항입니다. 이 유망한 기술의 상용화를 달성하기 위해 PSC의 효율성을 높이는 데 광범위한 연구 노력이 집중되었습니다. 지금까지 11-13% 범위의 PCE는 주로 새로운 공액 폴리머 공여체 및 비풀러렌 수용체 물질의 개발로 인해 입증되었습니다[6,7,8,9,10,11,12]. 게다가, 활성층과 전극 사이에 양극/음극 완충층을 도입하는 것은 소자 성능을 향상시키는 또 다른 효율적인 수단을 제공한다[13,14,15,16,17,18,19,20,21].

PSC는 ITO(Indium-Tin-Oxide) 전극이 양극인지 음극인지에 따라 기존 구조와 역구조로 나눌 수 있습니다. ITO를 애노드로 사용하는 기존 PSC의 경우 캐소드(예:Al, Ag)의 일함수를 줄이기 위해 Ca와 같은 낮은 일함수 금속을 캐소드 버퍼층(CBL)으로 일반적으로 사용합니다. 그러나 Ca는 공기에 노출되면 쉽게 산화되어 장치의 안정성이 떨어집니다. PSC에서 널리 사용되는 또 다른 CBL은 리튬 플루오라이드(LiF)로, 음극 인터페이스에서 계면 쌍극자를 형성하여 장치 성능을 향상시키는 것으로 입증되었습니다[22]. 그럼에도 불구하고 LiF의 두께는 절연 특성으로 인해 2nm 미만(일반적으로 ~ 1nm)으로 제한됩니다[23, 24]. 이러한 얇은 두께는 열 증착을 통해 제어하기가 매우 어렵습니다. 게다가, 1nm 두께의 LiF는 뜨거운 금속 원자가 증발하는 동안 밑에 있는 활성층을 충분히 보호할 수 없습니다[17, 25].

이러한 문제를 해결하기 위해 이전에 C₆₀ 스택 5개를 보고했습니다. /LiF CBL은 매우 두꺼운 LiF를 사용했음에도 불구하고 우수한 전기 전도성으로 인해 PSC의 장치 효율과 안정성을 크게 향상시켰습니다[26]. 그러나 5중 스택 C₆₀ /LiF 필름은 C₆₀을 교대로 증착하여 준비했습니다. 및 LiF 층. 이 준비 과정은 매우 복잡하고 시간이 많이 걸리며 장치 제조 비용을 크게 증가시킵니다. 이 작업에서는 C₆₀을 채택했습니다. /LiF 이중층을 CBL로 사용하여 5중 C₆₀와 동일한 효과 달성 /LiF CBL. C₆₀ 입금 후 LiF 증발 전에 두꺼운 LiF가 장치 효율을 희생하지 않고 사용될 수 있습니다. C₆₀이 있는 PSC /LiF 이중 CBL은 광범위한 LiF 두께(1~6nm)에서 ~ 3% PCE를 유지했으며 매우 두꺼운 LiF(8nm)에서도 1.10%의 PCE를 보여주었습니다. 대조적으로, LiF 단일 CBL이 있는 PSC는 LiF 두께가 증가함에 따라 PCE의 급격한 감소를 보였고 8nm의 LiF 두께에서 무시해도 될 정도의 광전지 성능을 보였습니다. 게다가 C₆₀의 피크 효율(3.77%) /LiF 기반 장치는 LiF 전용 장치(3.06%)보다 ~ 23% 더 높습니다. 종합하면 이 결과는 C₆₀ /LiF 이중층은 단일 LiF 층에 비해 CBL로서 더 유망한 후보입니다.

방법

PSC 제작

ITO 코팅된 유리 기판(Delta Technologies, LTD)을 각각 5분 동안 초음파 처리하에 아세톤 및 이소프로필 알코올(IPA)로 세척한 다음 O₂로 처리했습니다. 친수성 표면을 생성하기 위해 60초 동안 플라즈마. 여과된 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS) 용액(HC Starck, Clevios PH 500)을 50초 동안 2000rpm의 속도로 세척된 유리/ITO 기판에 스핀 코팅했습니다. 그런 다음 질소 분위기에서 110°C에서 20분 동안 베이킹합니다. 그 후, 샘플은 N₂ -퍼지된 글로브박스(<0.1ppm O₂ 및 H₂ O) 광활성층의 스핀 코팅용.

P3HT(Rieke Metals Inc., 4002-EE, 91–94% 위치 규칙성) 및 PCBM(American Dye Source, 순도> 99.5%)을 1:1의 중량비로 클로로벤젠에 용해했습니다. 혼합 용액을 0.45μm 필터를 사용하여 여과한 다음 PEDOT:PSS 층 상단에 1000rpm에서 50초 동안 스핀 코팅한 다음 130°C에서 20분 동안 열처리하여 ~ 160nm- Dektek 표면 프로파일러를 사용하여 측정한 두꺼운 활성층. C₆₀ , LiF 및 Al(75 nm) 전극은 1 × 10^{- 6} 의 기본 압력에서 열 증발에 의해 순차적으로 증착되었습니다. 밀리바. 석영 수정 센서로 증착 속도와 막 두께를 모니터링했습니다. Al 증착 전에 활성 영역을 정의하기 위해 직경 1mm의 원형 섀도우 마스크를 샘플 위에 올려 놓았습니다.

특성화

전류 밀도-전압(J -V ) 특성은 100mW/cm² 강도에서 시뮬레이션된 Air Mass 1.5 Global(AM 1.5 G) 태양 조명 하에서 Keithley 2400 시스템을 사용하여 측정되었습니다. , 전력계(OPHIR, Nova-Oriel) 및 기준 실리콘 태양 전지에 의해 보정되었습니다. 측정은 글로브박스 내부의 PSC를 사용하여 수행되었습니다. 원자간력현미경(AFM) 이미지는 탭핑 모드에서 작동하는 Veeco Dimension-Icon AFM으로 촬영되었습니다. Varian Cary 50 UV/Vis 분광광도계를 사용하여 흡수 스펙트럼을 얻었다. 선형적으로 증가하는 전압(Photo-CELIV) 측정에 의한 광유도 전하 추출은 주변 조건에서 PSC에서 수행되었습니다. 펄스 N₂ 레이저(337.1nm, 1.4ns)를 사용하여 전하 캐리어를 생성한 다음 100μs 지연 시간 후에 적용된 역 바이어스 전압 램프로 추출했습니다. 디지털 스토리지 오실로스코프(50Ω 입력 임피던스)를 사용하여 과도 전류를 기록했습니다. 조명 중 및 조명 후 오프셋 전압이 장치의 내장 전위를 보상하기 위해 적용되어 전압 램프를 적용하기 전에 초기 광전류를 방지합니다. 캐리어의 이동성은 다음 방정식 [27, 28]에 따라 계산할 수 있습니다.

$$ \mu =\frac{2{d}^2}{3{At}_{\mathrm{max}}^2\left[1+0.36\frac{\varDelta j}{j(0)}\ 오른쪽]} $$ (1)

여기서 μ 전하 캐리어 이동성, d 활성층의 두께, A 는 전압 상승 속도, t _최대 추출 전류가 최대값에 도달하는 시간, ∆j 현재 추출 피크 높이, j (0)은 커패시턴스의 변위 전류입니다.

결과 및 토론

그림 1은 J를 보여줍니다. -V 100mW/cm² 미만에서 기록된 특성 C₆₀의 두께가 다른 것과 없는 PSC의 조명(AM 1.5 G) 활성층과 5nm 두께의 LiF층 사이에 끼워져 있습니다. C₆₀이 없는 기기 레이어는 S자형 곡선을 보여 일반적인 단락 전류 밀도(J)에도 불구하고 낮은 필 팩터(FF)와 낮은 PCE를 나타냅니다 _sc ) 및 개방 회로 전압(V _oc ). 낮은 FF는 LiF 층이 너무 두꺼울 때 전자 주입/추출을 차단하여 큰 직렬 저항(R _s ) 및 작은 션트 저항(R _쉿 ) 표 1(R)과 같이 기기의 _s 및 R _쉿 사진 J의 역기울기에서 계산되었습니다. -V 0mA/cm² 에서의 곡선 및 0V). J는 _sc , 정상 값(9.23mA/cm² )은 장치 내부에 내장된 전계(양극과 음극의 일함수 차이로 인한)가 터널링에 의해 LiF(5nm) CBL을 통한 전자 수송을 촉진하기에 충분함을 의미합니다. 3nm 두께의 C₆₀ 도입 후 P3HT:PCBM과 LiF(5nm) 층 사이의 층에서 S자 모양이 사라지고 FF가 32.4%에서 56.3%로 크게 증가합니다. 증가된 FF는 감소된 R에서 발생합니다. _s , 이는 C₆₀ (3nm)/LiF(5nm) 이중층은 단일 LiF(5nm) 층보다 전기 전도성이 더 우수합니다. C₆₀ 증가와 함께 두께가 증가하면 FF가 먼저 증가하여 8nm에서 최대값 67%에 도달한 다음 C₆₀이 추가로 증가함에 따라 약간 감소합니다. 두께. FF의 회복으로 인해 C₆₀ /LiF(5nm) 기반 장치는 최대 PCE가 3.65%로 LiF(5nm) 전용 장치(1.79%)보다 2배 더 높습니다. 결과의 재현성을 입증하기 위해 추가 파일 1:표 S1에 표시된 대로 연구된 장치의 평균 광전지 매개변수와 표준 편차를 5개 장치 배치에서 계산했습니다. 각 장치에 대해 J를 포함한 모든 매개변수 _sc , V _oc , FF 및 PCE는 변동이 거의 없이 재현성이 높으며 이는 표 1에 제시된 결과의 신뢰성을 검증합니다.

<그림>

제 -V 100mW/cm² 미만에서 기록된 특성 C₆₀의 두께가 다른 것과 없는 PSC의 조명(AM 1.5 G) P3HT:PCBM과 5nm 두께의 LiF 층 사이에 삽입

C₆₀의 높은 FF로 이어지는 이유를 찾으려면 /LiF(5nm) 기반 PSC, AFM 측정을 수행하여 C₆₀에서 LiF 층의 형태를 조사했습니다. 표면. 그림 2는 C₆₀이 있거나 없는 P3HT:PCBM 필름의 탭핑 모드 AFM으로 기록된 높이(위) 및 위상(아래) 이미지를 보여줍니다. (35nm), LiF(5nm) 및 C₆₀ (35nm)/LiF(5nm) 레이어가 상단에 증착되었습니다(이미지 크기 500nm x 500nm). 깨끗한 P3HT:PCBM 필름은 0.81nm(높이 이미지)의 낮은 제곱평균제곱근(rms) 거칠기로 매우 매끄러운 표면을 나타내고 P3HT(위상 이미지)의 원섬유형 결정 영역을 보여줍니다[29]. 35nm 두께의 C₆₀ 증착 후 상단에 5nm 두께의 LiF가 있으면 rms 거칠기가 각각 1.36 및 1.67nm로 증가합니다. 상위 C₆₀ 사이의 rms 거칠기에는 큰 차이가 없지만 및 LiF 층, 이 두 필름의 표면 형태는 매우 다릅니다. 35nm 두께의 C₆₀ 는 위상 이미지에서도 관찰할 수 있는 5nm 두께의 LiF에 비해 더 큰 응집체(구형)를 보여줍니다. C₆₀ 입금 시 P3HT:PCBM 필름의 (35nm)/LiF(5nm) 이중층, 둘 다 C₆₀ (큰 크기) 및 LiF(작은 크기) 응집체가 관찰되어 기본 C₆₀ 층은 5nm 두께의 LiF로 완전히 덮이지 않습니다. 따라서 C₆₀에서 약간의 혼합이 발생합니다. /LiF 인터페이스, C₆₀의 우수한 전기 전도도를 가져옵니다. /LiF(5nm) C₆₀에 의해 형성된 침투 경로를 고려한 이중층 분자.

<그림>

P3HT:PCBM, P3HT:PCBM/C₆₀의 탭핑 모드 AFM 높이(상단) 및 위상(하단) 이미지 (35nm), P3HT:PCBM/LiF(5nm) 및 P3HT:PCBM/C₆₀ (35nm)/LiF(5nm) 필름 해당하는 제곱평균제곱근(rms) 거칠기는 각각 0.81, 1.36, 1.67, 2.18nm입니다.

C₆₀의 영향을 자세히 조사하려면 /LiF PSC의 장치 성능에 대한 이중 CBL, C₆₀ 수정 LiF 두께를 0.5에서 8nm로 변경하는 동안 최적의 값인 25nm에서 두께. 비교를 위해 LiF 단일 CBL이 있는 장치도 제작되었습니다. 그림 3은 J를 보여줍니다. -V 100mW/cm² 미만에서 기록된 특성 LiF 단일 및 C₆₀을 사용하는 PSC의 조명(AM 1.5 G) /LiF 두께가 다양한 LiF의 이중 CBL. 장치의 해당 광기전 매개변수는 표 2에 요약되어 있습니다. LiF 단일 CBL이 있는 장치는 1nm의 최적 LiF 두께에서 최대 PCE가 3.06%입니다. 두께를 더 늘리면 PCE가 6nm에서 0.79%, 8nm에서 0.06%로 급격히 감소합니다. 대조적으로 C₆₀이 있는 기기는 (25nm)/LiF 이중 CBL은 1nm의 LiF 두께에서 3.77%의 피크 효율로 향상된 성능을 나타냅니다. 더 중요한 것은 두께가 6nm 및 8nm로 증가함에 따라 각각 2.65% 및 1.10%의 PCE를 달성하여 LiF 전용 장치보다 훨씬 더 높다는 것입니다. 표 2에 제시된 결과는 기기 특성 매개변수의 매우 작은 표준 편차에서 알 수 있듯이 재현성이 매우 높다는 점을 언급해야 합니다(추가 파일 1:표 S2). 예를 들어, 소자 효율의 표준편차는 0.2%(대부분의 소자의 경우 0.1%) 미만으로 높은 재현성을 나타냅니다. 또한 평균 PCE는 <표 2>와 같은 경향을 나타내어 그룹 간 효율성 비교가 신뢰할 수 있음을 시사한다.

<그림>

제 -V 100mW/cm² 미만에서 기록된 특성 a를 사용하는 PSC의 조명(AM 1.5 G) LiF 싱글 및 b C₆₀ (25nm)/LiF 두께가 다른 LiF 이중 CBL

표 2와 같이 C₆₀의 PCE 개선 (25nm)/LiF 기반 PSC는 주로 FF 및 J의 증가로 인해 발생합니다. _sc 감소된 R로 인해 _s . R을 더 잘 이해하려면 _s 환원, LiF 단일층 및 C₆₀의 전하 수송 특성을 조사합니다. photo-CELIV 기술을 사용한 /LiF 이중층 [30, 31]. 추가 파일 1:그림 S1은 LiF 단일 및 C₆₀이 있는 PSC에 대해 다양한 전압 상승 속도에서 기록된 photo-CELIV 전류 과도를 보여줍니다. /LiF 이중 CBL. photo-CELIV에서 추출 전류 최대 시간(t _최대 )는 식에 따라 전하 캐리어 이동도를 추정하는 데 사용됩니다. 1 [27]. LiF(6nm) 전용 장치의 계산된 이동도는 3.71, 3.40 및 3.59 × 10^{− 5} 입니다. cm² V^{− 1} s^{− 1} 전압 기울기가 각각 10, 20, 30kV/s인 경우 이동도가 전압 상승 속도와 무관함을 의미합니다. 대조적으로 C₆₀의 예상 이동성은 (25nm)/LiF(6nm) 기반 기기는 3.81, 3.56, 3.09 × 10^{− 4} 입니다. cm² V^{− 1} s^{− 1} 각각 10, 20, 30kV/s의 전압 슬로프에 대해 LiF(6nm) 전용 장치보다 10배 더 높습니다. C₆₀ 도입 후 이동성 증가 층은 C₆₀에서 발생한 혼합으로 인해 개선된 전기 전도도에 기인할 수 있습니다. /LiF 인터페이스. 또한 LiF(6nm) 전용 장치의 photo-CELIV 피크가 C₆₀의 것보다 더 넓습니다. (25nm)/LiF(6nm) 기반 소자로, 전자와 정공 이동도 사이의 더 큰 불균형으로 인한 더 분산된 전하 수송을 나타냅니다[32, 33]. 이러한 불균형은 두꺼운 LiF 층에 의해 전자 추출이 차단된다는 점을 고려할 때 LiF(6nm) 전용 장치의 전자 이동도가 극히 낮기 때문입니다. P3HT:PCBM/LiF 인터페이스에 축적된 전자는 인가된 전기장을 차단하여 장치에서 전하 추출 속도를 감소시킵니다. 대조적으로 C₆₀의 좁은 피크는 (25nm)/LiF(6nm) 기반 장치는 C₆₀의 우수한 전도성으로 인해 균형 잡힌 전자 및 정공 이동도 및 향상된 전자 추출을 의미합니다. (25nm)/LiF(6nm) 이중층

FF의 상당한 개선 외에도 J _sc C₆₀ 통합 후 약간 향상됨 (25nm) 레이어. 스핀 코팅된 P3HT:PCBM 블렌드 필름이 상단 표면 근처에 P3HT가 풍부한 영역으로 구성되어 있음을 고려하면[34, 35], 이 영역에서 생성된 여기자가 P3HT/C_{60<에서 해리될 수 있다고 추측합니다. /서브> C₆₀용 인터페이스 (25nm)/LiF 기반 기기, 증가된 J _sc C₆₀이 없는 기기와 비교 중간층. 이 추측을 확인하기 위해 ITO/PEDOT:PSS/P3HT/C₆₀의 장치 구조로 PSC를 제작했습니다. (25nm)/LiF/Al, 여기서 P3HT의 두께는 5~100nm입니다. 그림 4는 J-V를 보여줍니다. 100mW/cm²
미만의 기기 특성 조명(AM 1.5 G) 및 해당 광전지 매개변수는 추가 파일 1:표 S3에 요약되어 있습니다. J _sc P3HT/C₆₀ 기반 태양 전지는 P3HT 두께가 감소함에 따라 증가하며, 이는 P3HT의 제한된 여기자 확산 길이(~ 10nm)의 관점에서 합리화됩니다. J _sc 최대값 1.34mA/cm²
에 도달 10nm의 P3HT 두께에서 감소한 다음 불충분한 흡수로 인해 두께가 5nm로 더 감소합니다. 위에서 언급했듯이 이러한 P3HT/C₆₀ 서브셀은 25nm 두께의 C₆₀를 증착한 후에 형성될 가능성이 가장 큽니다. P3HT:PCBM 활성층 위에 1.34mA/cm²
J 증가 _sc C₆₀에 이상적인 조건에서 /LiF 기반 장치[36]. J를 비교하여 _sc C₆₀이 있거나 없는 기기의 값 (25nm) 중간막, J 향상 _sc 약 1mA/cm²
입니다. (LiF(8nm) 기반 기기 제외), 이는 우리의 추측과 일치합니다.}

<그림>

제 -V ITO/PEDOT:PSS/P3HT의 소자 구조를 갖는 PSC의 특성(x nm)/C₆₀ 다양한 두께의 P3HT를 사용하는 (25nm)/LiF(1nm)/Al

C₆₀ 도입 후 P3HT:PCBM과 LiF 층 사이의 층에서, 태양 전지 내의 광학 필드 분포가 변경될 가능성이 가장 높아 J _sc [26, 37]. 이 효과를 조사하기 위해 먼저 C₆₀이 있거나 없는 장치에 대해 P3HT:PCBM 활성층 내부의 전계 강도를 시뮬레이션했습니다. 중간층. 추가 파일 1에 표시된 대로:그림 S2a, C₆₀ 레이어는 C₆₀이 없는 장치에 비해 단파장 영역에서 더 약하고 장파장 영역에서 더 강합니다. 중간층. 이러한 경향은 더욱 두드러지며 동시에 C₆₀이 증가함에 따라 적색편이가 관찰됩니다. 두께. 추가 파일 1:그림 S2b는 깨끗한 C₆₀의 흡수 스펙트럼을 보여줍니다. 필름, 그리고 P3HT:PCBM 필름은 상부에 증착된 다른 CBL이 있거나 없는 P3HT:PCBM 필름입니다. P3HT:PCBM/C₆₀의 흡수 스펙트럼 비교 8nm 두께의 LiF가 있거나 없는 (25nm) 필름에서 두 곡선이 거의 완전히 겹쳐서 LiF가 가시광선을 흡수하지 않는다는 것을 나타냅니다. 한편, P3HT:PCBM/C₆₀ 필름은 깨끗한 P3HT:PCBM 필름과 비교할 때 400~510nm 및 580~680nm의 파장 범위에서 더 높은 흡수율을 보입니다. 이 흡수 향상은 C₆₀이 증가함에 따라 더욱 두드러집니다. 두께. 직관적으로 400~510nm 파장 범위의 흡수 향상은 C₆₀에서 발생합니다. 흡수(400~550nm). 추가 파일 1:그림 S2c는 LiF(5nm) 단일 및 C₆₀이 있는 PSC의 입사 광자-전류 변환 효율(IPCE) 스펙트럼을 보여줍니다. (25nm)/LiF(5nm) 이중 CBL LiF 전용 기기에 비해 C₆₀ /LiF 이중 CBL은 C₆₀의 기생 흡수로 인해 단파장에서 더 낮은 IPCE를 갖습니다. 필름이며 광학 스페이서 효과와 P3HT/C₆₀의 기여로 인해 장파장에서 더 높은 IPCE를 나타냅니다. 하위 셀.

표 2에서 C₆₀ (25nm)/LiF(8nm) 기반 장치는 1.10%의 낮은 PCE를 나타내지만 이 효율은 여전히 LiF(8nm) 전용 장치보다 훨씬 높습니다(0.06%). 낮은 PCE는 작은 J _sc 및 FF는 큰 R _s . 위에서 논의한 바와 같이 C₆₀ (35nm)/LiF(5nm) 필름은 C₆₀ 사이의 혼합 형태 형성으로 인해 우수한 전기 전도성을 갖습니다. 및 LiF 레이어(그림 2 참조). C₆₀의 저항이 높은 이유를 찾으려면 (25nm)/LiF(8nm) 필름, AFM 측정은 C₆₀이 있거나 없는 P3HT:PCBM 필름에서 수행되었습니다. (25nm), LiF(8nm) 및 C₆₀ (25nm)/LiF(8nm) 층이 위에 증착됩니다. 추가 파일 1:그림 S3과 같이 C₆₀에서 큰 구형 응집체가 형성됩니다. (25nm) 막인 반면 LiF(8nm) 막에는 비교적 작은 응집체가 형성되는데, 이는 그림 2의 관찰 결과와 유사합니다. C₆₀60 위에 8nm 두께의 LiF를 증착할 때 하위> (25nm) 층에서 형태(작은 응집체)는 원래의 LiF 필름과 매우 유사하여 기본 C₆₀ 응집체는 8nm 두께의 LiF로 완전히 덮여 있습니다. 따라서 C₆₀ 상단에 두꺼운 LiF가 축적되는 것으로 추측됩니다. (25nm)/LiF(8nm) 이중층 필름, 전자 추출을 방해하여 높은 R _s 장치.

결론

요약하면 C₆₀을 도입함으로써 두꺼운 LiF가 P3HT:PCBM 기반 PSC에서 CBL로 사용될 수 있음을 입증했습니다. 활성층과 LiF층 사이의 층. C₆₀이 있는 기기 /LiF(5nm) 이중 CBL은 3.65%의 피크 효율을 나타내는 반면 LiF(5nm) 전용 장치는 1.79%의 2배 더 낮은 PCE를 나타냅니다. 향상된 장치 성능은 주로 C₆₀의 우수한 전기 전도성으로 인한 높은 FF의 결과입니다. /LiF 이중층. 또한 J _sc C₆₀ 도입 후 개선됨 P3HT/C₆₀의 기여에 기인할 수 있는 중간층 C₆₀의 광학 스페이서 효과 뿐만 아니라 서브셀 . LiF 두께를 8nm로 추가로 늘리면 C₆₀의 경우 PCE가 1.10 및 0.06%로 급격히 감소합니다. /LiF 기반 장치 및 LiF 전용 장치. C₆₀ 기기의 PCE 감소 /LiF(8 nm) 이중 CBL은 C₆₀ 상단에 축적된 LiF로 인해 전자 수송이 지연되어 발생합니다. (25nm)/LiF(8nm) 이중층 대체로 이 결과는 C₆₀ /LiF 이중층은 고효율의 대규모 PSC를 제작하기 위해 LiF 단일층에 비해 더 유망한 CBL입니다.

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