벌크 이종접합 유기 태양전지의 성능은 활성층에 금속, 반도체, 유전 물질의 나노 이종 구조를 통합함으로써 향상될 수 있다고 보고되었다. 이 원고에서 CdS 또는 Sb2 S3 폴리(3-헥실티오펜):[6,6]-페닐 C61-부티르산(P3HT:PC61 BM) P3HT와 PC61를 무작위로 혼합하여 시스템 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체 존재하의 BM. 주석 도핑된 산화인듐 기판(ITO)/CdS 인터페이스 층/P3HT:PC61 구성의 하이브리드 태양 전지(HSC) BM:x wt.% CdS/MoO3 /Ag 및 ITO/CdS 인터페이스 레이어 /P3HT:PC61 BM:x 중량% Sb2 S3 /MoO3 /Ag가 조작되었습니다. 하이브리드 활성 레이어(P3HT:PC61 BM:x wt.% CdS 또는 P3HT:PC61 BM:x 중량% Sb2 S3 ) 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체가 CdS 또는 Sb2로 분해되는 결과를 초래하는 필름을 열처리하여 완전히 형성됨 S3 각각 나노결정. x wt.% CdS(또는 Sb2)의 효과 S3 ) HSC의 성능에 대한 나노결정이 연구되었습니다. UV-Vis 흡수, 구멍 이동성 및 표면 형태학적 특성에서 3wt.% CdS(또는 Sb2 S3 ) P3HT:PC61 활성층의 나노결정 BM 기반 태양 전지는 P3HT:PC와 비교하여 광 흡수, 정공 이동성 및 표면 거칠기가 개선되었습니다.61 BM 기반 태양 전지, 따라서 장치의 향상된 전력 변환 효율(PCE)을 가져옵니다.
<섹션 데이터-제목="배경">유기반도체 기반의 광기전력 소자는 경량, 저비용, 용액 기반의 롤투롤 대규모 제조 용이성, 유연한 재료와의 상용성 등 다양한 장점이 있다[1, 2]. 게다가, 무기 반도체는 우수한 전하 이동도, 화학적 안정성 및 향상된 광 흡수(광학 밴드 갭을 근적외선 영역으로 조정할 수 있는 가능성) 때문에 고효율 태양 전지에 이상적입니다[3, 4]. 따라서 유기 반도체와 무기 반도체로 구성된 하이브리드 태양 전지(HSC)는 주로 두 종류의 재료의 매력적인 특성을 통합할 것이라는 약속 때문에 상당한 주목을 받았습니다[5,6,7]. 전형적인 HSC는 두 개의 전하 수집 전극 사이에 유기 물질과 무기 나노입자 활성층이 샌드위치된 벌크 이종접합 개념을 기반으로 합니다[5,6,7]. 지금까지 금속 나노 물질(Ag, Au)[8, 9], 실리콘[10, 11], 금속 산화물을 포함한 많은 무기 물질과 함께 낮은 밴드 갭 공액 폴리머[7]와 같은 광범위한 유기 물질이 사용되었습니다. 나노입자(ZnO, TiO2 ) [12,13,14], 이산화규소 나노입자(SiO2 ) [15], 카드뮴 화합물(CdS, CdSe, CdTe)[16,17,18], 낮은 밴드갭 나노입자(PbS, PbSe, Sb2 S3 ,Cu2 에스, SnS2 , CuInS2 , FeS2 ) [19,20,21,22,23,24,25] 등이 HSC의 활성 레이어로 적용되었습니다.
HSC의 성능은 나노미터 길이 규모에서 재료 및 인터페이스 구조를 제어하는 능력에 크게 의존합니다[26]. 유기 및 무기 복합 활성층을 제조하는 통상적인 방법은 공용매를 사용하여 주어진 유기 중합체를 제조된 리간드-캡핑된 무기 나노결정과 직접 혼합하는 것이다[16,17,18,19,20,21,22,23, 24,25]. 표면 리간드를 유/무기 복합체에 통합하면 공액 폴리머에서 나노 결정의 분포를 향상시킬 수 있지만 장쇄 리간드는 폴리머 매트릭스와 나노 결정 사이에 절연 계면을 형성합니다. 결과적으로 절연 계면은 폴리머와 나노 결정 사이의 전하 이동을 억제하고 공용매는 폴리머 사슬 배향과 무기 나노 결정의 용해도에 부정적인 영향을 미치므로 장치의 전력 변환 효율(PCE)에 영향을 미칩니다. 5, 27]. 이러한 결점은 리간드 교환[27, 28], 티올, 폴리 및 올리고티오펜의 사용, 아민 기능화된 공중합 계면활성제[29,30,31], 열적으로 절단 가능한 리간드[29,30,31]를 포함한 여러 대체 전략에 의해 크게 피할 수 있습니다. 32] 및 전도성 고분자 용액에서 나노결정의 합성 [33]. 또 다른 대안 전략은 계면활성제나 리간드 없이 유기 물질 내부에 무기 반도체를 제자리에서 생성하는 것입니다[26, 34, 35]. 이 과정에서 무기나노입자의 잘 녹는 유기금속 전구체를 포함하는 고분자 용액이 증착된다. 유기금속 전구체는 유기 매질에 쉽게 용해되기 때문에 용액에서 중합체와 함께 박막으로 주조될 수 있습니다. 필름이 열분해되면 유기금속 전구체가 폴리머 층과 함께 무기 물질로 전환되어 친밀한 혼합과 효율적인 광유도 전하 수송을 보장합니다. 이러한 방식으로 표면 리간드 및 공용매가 없는 조건에서 하이브리드 활성층을 형성할 수 있다. Haque의 그룹은 폴리머 필름 내부의 단일 소스 금속 크산테이트 전구체의 제어된 현장 열 분해에 기반한 일반적인 방법을 보고했습니다[26, 36,37,38,39,40]. 주석 도핑된 인듐 산화물 기판(ITO)/TiO2의 구성을 갖는 이러한 하이브리드 층을 기반으로 하는 광전지 장치 /CdS 인터페이스 층/P3HT:폴리스티렌 설폰산(PEDOT:PSS)/Ag 및 ITO/TiO2로 도핑된 CdS/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) /CdS 인터페이스 레이어/P3HT:Sb2 S3 /PEDOT:PSS/Ag는 각각 2.17%와 1.29%의 PCE를 나타내는 것으로 나타났습니다[36, 38].
이 글에서는 P3HT:PC61 간의 시너지 효과를 고려하여 BM 기반 태양 전지 및 금속 황화물 나노 결정(CdS 및 Sb2 S3 ) 우수한 전하 이동성을 제공하고 광 흡수를 향상시키기 위한 도핑된 재료로서, 우리는 ITO/CdS 인터페이스 층/P3HT의 구성을 갖는 HSC를 보고합니다:PC61 BM:x wt.% CdS/MoO3 /Ag 및 ITO/CdS 인터페이스 레이어/P3HT:PC61 BM:x 중량% Sb2 S3 /MoO3 /Ag. 여기서 ITO와 Ag는 캐소드와 상부 애노드로, CdS 계면층과 MoO3 전자 및 정공 수송층에 각각 사용되었다. CDS 또는 Sb2 S3 P3HT:PC61 내부에서 나노결정이 생성되었습니다. P3HT와 PC61를 무작위로 혼합하여 BM 시스템 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체의 존재 또는 부재에서의 BM. 하이브리드 활성 레이어(P3HT:PC61 BM:x wt.% CdS 또는 P3HT:PC61 BM:x 중량% Sb2 S3 ) 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체가 CdS 또는 Sb2로 분해되는 결과를 초래하는 필름을 열처리하여 완전히 형성됨 S3 각각 나노결정. x wt.% CdS(또는 Sb2)의 효과 S3 ) P3HT:PC61의 성능에 대한 나노결정 BM 기반 HSC가 연구되었습니다. 그리고 3wt.% CdS 나노결정과 3wt% Sb2를 포함하는 HSC에서 2.91 및 2.92%의 가장 높은 PCE를 얻었습니다. S3 각각 나노결정. 소자 성능 향상의 가능한 이유를 이해하기 위해 활성층의 UV-Vis 흡수, 정공 이동성 및 표면 형태학적 특성화를 수행했습니다.
ITO/CdS 인터페이스 레이어 /P3HT:PC61의 장치 구성을 갖는 유기/무기 HSC BM:x 중량% CdS 또는 Sb2 S3 /MoO3 /Ag는 다음과 같이 제작되었습니다:첫째, 카드뮴 크산테이트 전구체(Di(에틸크산타토-κ 2 S ,S ')비스(피리딘-κ N )카드뮴(II), Cd(S2 COEt)2 (C5 H4 N)2 , Et =ethy) 및 안티몬 크산테이트 전구체(Tri(에틸크산타토-κ 2 S ,S ')안티몬(III), Sb(S2 COEt)3 ) 이전에 발표된 절차에 따라 각각 준비되었습니다[26, 38, 39]. 둘째, 면저항이 10~15Ω square −1 인 패턴화된 ITO 코팅 유리 탈이온수, 아세톤, 이소프로판올로 차례로 세척했습니다. 그 후, Cd(S2)의 100 mg/mL 클로로벤젠 용액으로부터 CdS 계면층(10 nm)이 이전에 발표된 연구[41]에 따라 전자 수송층으로 증착되었습니다. COEt)2 (C5 H4 N)2 6000rpm에서 40초 동안 스핀 코팅한 다음 질소 글로브 박스에서 160°C에서 15분 동안 어닐링합니다. 활성층은 CdS 인터페이스 층 위에 증착되었습니다. 깨끗한 P3HT:PC61 17mg mL −1 농도의 클로로벤젠 중 1:1 중량비 용액의 BM P3HT를 준비했습니다. 하이브리드 솔루션을 형성하기 위해 카드뮴 크산테이트 전구체(Cd(S2 COEt)2 (C5 H4 N)2 ) 또는 안티몬 크산테이트 전구체(Sb(S2 COEt)3 )을 깨끗한 용액에 첨가했습니다(x wt.% CdS 또는 Sb2 S3 P3HT의 무게와 관련하여). 활성층은 600rpm에서 40초 동안 이러한 혼합 용액에서 스핀 캐스팅한 다음 글러브 박스에서 160°C의 핫 플레이트에서 30분 동안 어닐링했습니다. 대조 실험에서 P3HT:PC61 BM 전용 층(17 mg mL 농도의 클로로벤젠 중 1:1 중량비 용액 −1 P3HT) Cd(S2 제외) COEt)2 (C5 H4 N)2 또는 Sb(S2 COEt)3 또한 동일한 실험 조건에서 스핀 코팅 및 어닐링되었습니다. 그런 다음, 샘플을 고진공 챔버(3 × 10 −5 Pa) HSC를 완성하기 위해 8nm 두께의 MoO3 정공 수집층과 100nm 두께의 Ag 양극을 섀도우 마스크를 통해 열 증발시켰다. 증발된 캐소드의 두께는 석영 결정 두께/비율 모니터(SI-TM206, Shenyang Science Co.)로 모니터링하였다. 또한 각 기기의 활성 영역은 0.10cm 2 였습니다. . 모든 제조 공정은 산소와 수분이 1ppm 미만인 질소 드라이박스(Etelux Co.)에서 통제된 분위기에서 수행되었습니다.
X선 회절(XRD) 데이터는 흑연 단색화 Cu Kα 방사선(λ =1.541874 Å)이 장착된 PAN alytical X'Pert Pro X선 회절계에서 측정되었습니다. 가속 전압은 10–70°의 2θ 범위에서 40mA 플럭스를 사용하여 40kV로 설정되었습니다. 금속 크산테이트 전구체 복합체의 열중량 분석(TGA) 측정은 가열된 열 분석 시스템(pyris diamond 6300, PerkinElmer)에서 수행되었습니다. 10°C min −1 속도 20mL min −1 의 질소 유속 . 샘플의 UV-Vis 흡수 측정은 U-3900H 분광 광도계(Shanghai Tianmei)를 사용하여 실온에서 기록되었습니다. 생성된 HSC의 PCE는 솔라 시뮬레이터(XES-70S1, San-EI Electric Co.)를 사용하여 1 sun, AM 1.5G(Air mass 1.5 global) 조건에서 측정되었습니다(100mW cm -2 ). 전류 밀도-전압(J-V) 특성은 질소 드라이박스(Etelux Co.)에서 Keithley 2410 소스 측정 장치로 기록되었습니다. 장치의 스펙트럼 응답은 상용 EQE/IPCE(incident photon to current conversion efficiency) 설정(7-SCSpecIII, Beijing 7-star Optical Instruments Co., Ltd.)으로 측정되었습니다. 보정된 실리콘 검출기를 사용하여 절대 감광도를 결정했습니다. MFP-3D-SA 시스템(Asylum Research)을 사용하여 태핑 모드 원자력 현미경(AFM) 이미지를 얻었습니다.
Cd(S2의 열적 안정성 COEt)2 (C5 H4 N)2 및 Sb(S2 COEt)3 그림 1과 같이 먼저 TGA에 의해 조사되었습니다. Cd(S2 COEt)2 (C5 H4 N)2 약 50°C에서 분해를 시작하여 150°C에서 완료되며 최종 잔류 질량(약 25.0%)은 이전 연구에서도 입증된 CdS(28.1%)에 가깝습니다[41]. Sb(S2 COEt)3 약 120°C에서 분해를 시작하여 160°C까지 완료되고 남은 중량(35.8%)은 Sb2에 해당합니다. S3 (35.0%), 이는 이전 작업[42]과 일치합니다.
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Cd(S2의 TGA 플롯 COEt)2 (C5 H4 N)2 및 Sb(S2 COEt)3
박막은 Cd(S2)의 클로로벤젠 용액으로 스핀 코팅되었습니다. COEt)2 (C5 H4 N)2 또는 Sb(S2 COEt)3 먼저 160°C에서 30분 동안 어닐링했습니다. 그 결과, 각각 황색 또는 주황색 박막을 얻었다. 박막의 구조 특성을 특성화하기 위해 어닐링된 필름의 XRD 연구를 수행했습니다. 제품의 XRD 패턴은 그림 2에 나와 있습니다. 육각형 CdS(PDF 41-1049) 및 입방 CdS(PDF 01-080-0019)에 대한 참조 패턴에 따르면 그림 2a에서 회절 피크가 이전 기사 [37]에서 설명한 것처럼 피크(h 및 c는 각각 육각형 및 입방체 상을 나타냄) 위에 표시된 육각형 및 입방체 결정 구조의 혼합으로 색인될 수 있습니다. 그림 2b의 회절 피크는 Sb2의 사방정계 상으로 완전히 색인화될 수 있습니다. S3 (셀 상수 a =11.23 Å, b =11.31 Å, c =3.841 Å; JCPDS 카드 파일 42–1393) [43, 44], 이는 그림 1의 TG 결과와 잘 일치합니다.
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a의 열분해에 의해 얻어진 박막의 XRD 패턴 (CD(S2 COEt)2 (C5 H4 N)2 ) 및 b Sb(S2 COEt)3 , 각각
CdS 및 Sb2의 표면 형태 S3 박막도 이용되었다. 추가 파일 1:그림 S1은 Cd(S2의 클로로벤젠 용액의 열분해 전(추가 파일 1:그림 S1a) 및 열분해(160°C, 15분) 후 ITO의 형태 변화를 나타냅니다. COEt)2 (C5 H4 N)2 (추가 파일 1:그림 S1b) 및 Sb(S2 COEt)3 (추가 파일 1:그림 S1c). 우리의 이전 연구[41]에서 설명한 바와 같이, 베어 ITO의 표면은 약 10nm의 입자 크기를 갖는 미세 결정의 조밀하게 채워진 집합을 보여줍니다. 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체의 클로로벤젠 용액의 열분해 후, CdS 나노결정(약 60~100nm) 막 또는 Sb2 S3 ITO 기판에 나노결정(100~200nm 크기의 클러스터) 필름이 형성됩니다.
CdS(또는 Sb2)의 효과를 연구하기 위해 S3 ) P3HT:PC61의 성능에 대한 나노결정 BM 기반 HSC, 장치는 ITO/CdS 인터페이스 레이어/P3HT:PC61 구조를 사용하여 제작되었습니다. BM:x wt.% CdS(또는 Sb2 S3 )/MoO3 /Ag는 그림 3a와 같습니다. CDS 또는 Sb2 S3 P3HT:PC61 내부에서 나노결정이 생성되었습니다. P3HT와 PC61를 무작위로 혼합하여 BM 시스템 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체의 존재 또는 부재에서의 BM. 하이브리드 활성 레이어(P3HT:PC61 BM:x wt.% CdS 또는 P3HT:PC61 BM:x 중량% Sb2 S3 ) 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체가 CdS 또는 Sb2로 분해되도록 하는 필름을 열처리하여 완전히 형성되었습니다. S3 각각 나노결정(P3HT:PC61의 SEM 이미지 BM, P3HT:PC61 BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 ITO 기판의 필름은 추가 파일 1:그림 S2에 나와 있습니다. 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체가 완전히 분해되도록 하기 위해 실험에서 160°C의 어닐링 온도와 30분의 어닐링 시간을 선택했습니다(Cd(S2의 TGA 플롯 참조). COEt)2 (C5 H4 N)2 및 Sb(S2 COEt)3 그림 1).
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아 HSC의 개략도. ㄴ P3HT:PC61를 기반으로 한 HSC의 J-V 곡선 BM:CdS 나노결정의 중량%가 다른 CdS. ㄷ P3HT:PC61를 기반으로 한 HSC의 J-V 곡선 BM:Sb2 S3 Sb2의 다른 wt.%로 S3 나노결정. d HSC의 활성층에 사용된 재료의 에너지 밴드 다이어그램
다른 wt.% CdS(또는 Sb2)를 갖는 HSC의 J-V 특성 S3 ) 유기층에 통합된 나노결정은 그림 3b(또는 그림 3c)와 단락 전류(J sc ), 개방 회로 전압(V oc ), 필 팩터(FF), 직렬 저항(R S ) 및 PCE는 표 1에 나열되어 있습니다. 제공된 모든 데이터는 20개 이상의 기기에서 계산된 평균 값입니다. CdS가 없는 기기(또는 Sb2 S3 ) 나노결정(ITO/CdS 인터페이스 레이어/P3HT:PC61 BM:/MoO3 /Ag)는 J를 표시했습니다. sc 7.77mAcm −2 , V oc 0.58V, FF 0.52, PCE 2.34%입니다. CdS 또는 Sb2 추가 S3 나노결정, V oc 폴리머 태양 전지에서 폴리머 공여체의 최고 점유 분자 궤도(HOMO) 준위와 수용체의 최저 비점유 분자 궤도(LUMO) 준위 사이의 에너지 차이에 의해 제한되는 , [45, 46], 모든 HSC. 이는 PC61 BM이 수용자 역할을 하고 CdS 또는 Sb2 S3 이전 연구[47]에서 언급된 것처럼 전자 캐스케이드(HSC의 활성층에 사용된 재료의 에너지 밴드 다이어그램이 그림 3d에 표시됨)로 작용할 수 있습니다. CdS가 추가된 HSC의 경우 J sc 먼저 7.77에서 8.72mA cm −2 로 증가 CdS가 0에서 3wt.%로 증가하면 8.23mA cm −2 로 감소합니다. CdS의 질량이 3에서 7wt.%로 추가로 증가할 때. 동시에, R S 22.15Ω cm 2 에서 분명히 감소 (0 wt.% CdS) ~ 16.70Ω cm 2 (3 wt.% CdS), 0.52에서 0.56으로 FF의 현저한 증가에 기여했습니다. 결과적으로 3wt.%의 CdS 나노결정을 포함하는 HSC는 2.91%의 PCE를 제공하는 최고의 기기 성능을 제공합니다. 여기서 이 값은 Chand의 그룹이 HSC에서 얻은 최고의 PCE 0.95%보다 훨씬 높다는 점을 언급할 가치가 있습니다(ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61 BM:CdS/Al) 활성층의 구성 요소 중 하나로 용액 화학에 의해 제조된 CdS 나노 결정을 사용합니다[48]. J의 변경 규칙 sc Sb2가 추가된 HSC의 FF S3 J의 더 분명한 증가를 제외하고는 CdS가 추가된 HSC와 유사했습니다. sc (7.77~9.15mA cm −2 ) Sb2 증가 S3 0~3wt.%. 공교롭게도 3wt.% Sb2가 포함된 기기는 S3 나노결정은 또한 J와 함께 2.92%의 가장 높은 PCE를 제공합니다. sc 9.15mAcm −2 , V oc 0.58V의 FF, 0.54의 FF.
HSC의 PCE를 결정하는 또 다른 유용한 매개변수는 모든 입사 광자가 전자 정공 쌍을 생성할 때 100%에 도달하는 IPCE입니다. 그러나 실제 상황에서 입사 광자의 반사로 인한 손실, 반도체에 의한 광자의 불완전한 흡수, 반도체 내 전하 캐리어의 재결합으로 인해 IPCE는 일반적으로 100% 미만입니다[8]. P3HT:PC61 기반 광전지 장치에 대한 IPCE 스펙트럼 BM, P3HT:PC61 BM:3중량% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3중량% Sb2 S3 비교를 위해 그림 4a에 표시됩니다. 모든 IPCE 스펙트럼은 모양이 유사하지만 P3HT:PC61를 포함하는 HSC의 IPCE 값 BM:3중량% CdS(또는 P3HT:PC61 BM:3중량% Sb2 S3 )는 P3HT:PC61보다 높습니다. 모든 파장의 BM(300–650nm). 예를 들어, P3HT:PC61의 태양광 장치 BM은 540nm에서 55%에 가까운 IPCE 최대값을 가지며 P3HT:PC가 있는 HSC의 IPCE:PC61 BM:3중량% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3중량% Sb2 S3 동일한 파장에서 각각 60% 및 65%입니다.
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아 P3HT:PC61를 기반으로 한 HSC의 IPCE 곡선 BM, P3HT:PC61 BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 . ㄴ P3HT:PC61 필름의 UV-Vis 흡광도 스펙트럼 BM, P3HT:PC61 BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3
CdS 또는 Sb2를 추가하여 장치 성능을 개선할 수 있는 가능한 이유를 이해하기 위해 S3 나노 결정, UV-Vis 흡수 연구는 먼저 P3HT:PC의 필름에 대해 수행되었습니다.61 BM, P3HT:PC61 BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 같은 두께로. 그림 4b의 UV-가시광선 흡수 스펙트럼은 CdS 또는 Sb2를 추가한 필름의 흡수를 보여줍니다. S3 P3HT:PC의 나노결정:PC61 BM은 P3HT:PC61와 거의 유사했습니다. BM, P3HT:PC61 흡수 BM:3wt.% CdS는 P3HT:PC61보다 약간 높음 비엠. 또한, P3HT:PC61의 흡수 BM:3중량% Sb2 S3 P3HT:PC61보다 분명히 높았습니다. 비엠. 즉, 3wt.% CdS 또는 Sb2 삽입 S3 P3HT:PC61에서 BM 매트릭스는 P3HT:PC61와 비교하여 광 흡수를 적절하게 향상시켰습니다. BM, 따라서 J SC 장치.
그 후, P3HT:PC61 기반 장치의 구멍 이동성 BM, P3HT:PC61 BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 공간 전하 제한 전류(SCLC) 모델을 적용하여 결정되었습니다[49]. 그림 5는 J 1/2 를 보여줍니다. – 홀 전용 장치의 V 곡선(ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61 BM(또는 P3HT:PC61 BM:3중량% CdS 또는 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 )/MoO3 /Ag). SCLC 모델에서 계산된 겉보기 구멍 이동도는 4.09 × 10 −5 인 것으로 밝혀졌습니다. cm 2 V −1 s −1 , 1.53 × 10 −4 cm 2 V −1 s −1 및 1.69 × 10 −4 cm 2 V −1 s −1 P3HT:PC61가 있는 장치용 BM, P3HT:PC61 BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 활성층으로 각각. 분명히 구멍 이동성은 3wt.% CdS 또는 Sb2일 때 증가합니다. S3 P3HT:PC61에 내장 BM 매트릭스. 연구에 따르면 P3HT:PC61에서 BM, 전자 이동도는 정공 이동도보다 높으며 이와 같은 캐리어 불균형은 광전지 성능에 해롭다[9, 50]. P3HT:PC61 기반 장치의 정공 이동도 증가 BM:3중량% CdS 또는 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 활성층에서 보다 균형 잡힌 전하 수송을 허용하여 J를 향상시킵니다. SC 및 FF, 또한 이전 작업에서 언급한 바와 같이 장치의 PCE를 개선합니다[9].
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J 1/2 P3HT:PC61가 있는 장치에 대한 구멍 전용 장치의 –V 곡선 BM, P3HT:PC61 BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 각각 활성 레이어로
활성 층의 미세 형태는 탭핑 모드에서 AFM으로 추가 조사되어 CdS 또는 Sb2 추가 효과를 나타냅니다. S3 . 깨끗한 P3HT:PC의 높이 이미지:PC61 BM 필름 및 3wt.% CdS 및 3wt.% Sb2가 포함된 2개의 삼원 필름 S3 그림 6에 나와 있습니다. P3HT:PC61의 표면 형태 BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 레이어는 제곱 평균 제곱근 거칠기가 각각 2.82에서 8.89nm 및 7.13nm로 증가하면서 표면 거칠기의 명백한 증가를 보여줍니다. P3HT:PC61에서 관찰된 더 큰 거칠기 BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 필름은 CdS 및 Sb2 존재의 결과일 수 있습니다. S3 P3HT:PC61의 나노결정 BM 활성층. CDS 또는 Sb2 S3 나노결정은 P3HT 분자와 PC61의 상호 침투를 향상시키는 매개체 역할을 하는 것으로 생각됩니다. 복합 필름의 BM은 우수한 여기자 해리를 유도합니다. 이 우수한 여기자 해리의 결과로 J SC P3HT:PC61 기반 HSC BM:3wt.% CdS 및 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 증가했다[51]. 한편, CdS 또는 Sb2의 통합 S3 P3HT:PC의 나노결정:PC61 BM은 필름의 표면 거칠기를 증가시켜 활성층 사이의 계면 접촉 면적을 증가시킵니다(P3HT:PC61 BM:3중량% CdS 또는 P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 ) 및 정공 수송층(MoO3 ). 이러한 방식으로 양극에서 보다 효율적인 정공 수집이 나타났으며, 이는 개선된 J SC 및 장치의 FF[52].
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a의 AFM 높이 이미지 P3HT:PC61 비엠, b P3HT:PC61 BM:3wt.% CdS 및 c P3HT:PC61 BM:3 중량% Sb2 S3 ITO 기판의 필름
결론적으로 우수한 전하 이동도를 제공하고 광 흡수를 향상시키기 위한 도핑된 물질로서 CdS 또는 Sb2 S3 P3HT:PC61 내부에서 나노결정이 생성되었습니다. P3HT와 PC61를 무작위로 혼합하여 BM 시스템 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체 존재하의 BM. 카드뮴 또는 안티몬 크산테이트 전구체의 열적 안정성 및 CdS 또는 Sb2의 구조 S3 영화가 특징이었다. ITO/CdS 인터페이스 계층/P3HT:PC61 구성의 HSC BM:x wt.% CdS/MoO3 /Ag 및 ITO/CdS 인터페이스 레이어 /P3HT:PC61 BM:x 중량% Sb2 S3 /MoO3 /Ag가 조작되었습니다. x wt.% CdS(또는 Sb2)의 효과 S3 ) P3HT:PC61의 성능에 대한 나노결정 BM 기반 HSC가 연구되었습니다. CdS(또는 Sb2 S3 ) P3HT:PC61 활성층의 나노결정 BM 기반 태양전지는 PCE 개선에 도움이 됩니다. 그리고 3wt.% CdS 나노결정과 3wt% Sb2를 포함하는 HSC에서 2.91 및 2.92%의 가장 높은 PCE를 얻었습니다. S3 각각 나노결정. UV-Vis 흡수, 구멍 이동성 및 표면 형태학적 특성에서 우리 연구에 따르면 3wt.% CdS 또는 Sb2 S3 P3HT:PC61에 내장 BM 매트릭스는 P3HT:PC61와 비교하여 광 흡수, 홀 이동성 및 표면 거칠기를 개선했습니다. BM, 따라서 장치의 PCE가 향상되었습니다. 유기 물질 내부에 무기 반도체 나노 결정을 in situ 생성하는 방법은 고효율 HSC를 설계하는 데 적용할 수 있습니다.
나노물질
초록 산화물/금속/산화물(OMO) 레이어 스택은 박막 태양 전지의 전면 접촉으로 투명 전도성 산화물을 대체하는 데 사용됩니다. 이러한 다층 구조는 접점의 전체 두께를 줄일 뿐만 아니라 간섭 효과를 사용하여 셀을 착색하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나, 금속층에 크게 의존하는 면저항과 기생흡수는 태양전지에서 더 높은 효율을 달성하기 위해 더욱 감소되어야 한다. 이 간행물에서 AgOX Cu(In,Ga)Se2의 성능을 향상시키기 위해 OMO 전극에 습윤층이 적용되었습니다. (CIGS) 박막 태양 전지. AgOX 습윤층은 다층 전극
초록 큰 작업 기능으로 인해 MoOX 박막과 결정질 실리콘 태양전지 모두에서 정공선택적 접촉에 널리 사용되어 왔다. 이 작업에서 열증발 MoOX 필름은 p의 뒷면에 사용됩니다. -유형 결정질 실리콘(p -Si) 태양 전지, 여기서 MoOX의 광학 및 전자 특성 필름 및 해당 장치 성능은 어닐링 후 처리의 기능으로 조사됩니다. MoOX 100°C에서 열처리된 필름은 가장 높은 일함수를 나타내며 에너지 밴드 시뮬레이션 및 접촉 저항 측정 결과를 기반으로 최고의 홀 선택성을 입증합니다. 전체 후면 p -Si/MoOX /Ag 접촉 태양전
