文摘

酞菁/富勒烯有机光伏电池是捏造和特征。Au纳米粒子的影响传输层也调查了一个洞,和光伏电池的能量转化效率改进后混合非盟纳米颗粒为PEDOT: PSS。非盟的纳米结构纳米粒子通过透射电子显微镜和x射线衍射研究了。能级的分子是由分子轨道计算,计算和纳米结构和电子性质进行了讨论。

1。介绍

在金银等贵金属粒子从几十纳米到几个纳米,局部表面等离子体共振的振动频率的波长光电领域的可见区域(1- - - - - -4]。当可见光辐照贵金属纳米颗粒或纳米结构,光转换成表面等离子体和局部电场生成的表面附近的纳米颗粒或纳米结构。等离子体电申请是激发态染料分子以及光,和有趣的现象和各种应用程序已报告(5- - - - - -8]。此外,光的群速度减少nanospace和染料的光吸收效率等安排在nanospace将加强。因此,强化机制的说明和应用程序是有趣的研究对象。

酞菁已经广泛研究作为光伏有吸引力的材料,电化学,气敏和数据存储设备(9,10]。酞菁分子平面单元和电子导电性,因为π电子系统和p型半导体行为(11]。因此,他们研究了有机薄膜光伏电池,预计为下一代光伏电池,因为容易制造过程的优势,生产成本低、灵活性(12- - - - - -14]。光伏设备组成的贵金属纳米结构或纳米粒子与局部电场已报告(15,16]。然而,很少有研究有机光伏电池与贵金属纳米结构或纳米粒子。

当前工作的目的是制造和表征有机光伏电池基于酞菁和富勒烯(C₆₀)。在目前的工作,C₆₀被用作n型半导体和铜naphthalocyanine (CuNc)和subphthalocyanine (SubPc)被用作p型半导体,分别。此外,非盟的影响纳米颗粒(AuNP)传输层进行了除了一个洞。盟和Ag)等金属纳米粒子强电场增强本地生成的nanospaces照射的光。这种现象是由于局部表面等离子体共振(LSPR),预计提高有机太阳能电池的光收获15- - - - - -19]。光伏设备制造和纳米结构,电子性质和光学吸收了。

2。实验程序

水HAuCl股票的解决方案₄(2.5×10⁻⁴米)准备和回流。回流了40分钟后,1 wt。% 1.4毫升的柠檬酸钠添加到反应混合物。回流后60分钟,冷却空气气氛下。装配式AuNP解决方案集中的离心。准备复合缓冲层,集中AuNP解决方案融入了polyethylenedioxythiophene掺杂聚苯乙烯磺酸(PEDOT: PSS, Sigma-Aldrich corp .)的解决方案。AuNP解决方案的体积比为20%。

缓冲层PEDOT: PSS AuNPs旋转涂布在precleaned铟锡氧化物(ITO)玻璃板(Geomatec有限公司~ 10Ω/□)。退火后的10分钟100°C N₂大气,p型光敏层准备PEDOT层。铜(II) 2、3-naphthalocyanine (CuNc Sigma-Aldrich Corp . 85%)由一个旋转涂布层沉积方法,和subphthalocyanine (SubPc,东方化学工业有限公司)层被蒸发沉积,分别。沉淀p型光敏层后,C₆₀薄膜沉积使用C₆₀粉(材料技术研究有限公司,99.98%)由真空沉积方法。铝(Al)金属接触厚度100海里的蒸发上电极。目前的光伏电池的原理图如图1。

当前density-voltage (J- - - - - -V)特征(Hokuto电工有限公司,hsv - 110)的光伏电池测量在黑暗和光照下100 mW厘米⁻²通过使用AM 1.5太阳能模拟器(San-ei电气有限公司,换成- 301 s)。光伏电池是照亮通过ITO基板的一侧,照明面积是0.16厘米²。当前事件光子转换效率(IPCE)是衡量使用hypermonolight (SM-25 Bunkoukeiki有限公司)和稳压器(黑龙江有限公司,hec 318 c)。光伏电池的辐照,全色盲者氙灯ITO。通过紫外可见吸收光谱测量光谱(JASCO, v - 670)和波长区域的300 nm ~ 800 nm范围。飞利浦的微观结构,分析了AuNPs使用X射线衍射仪(X '与CuK Pert-MPD系统)α辐射操作40 kV和40 mA。透射电子显微镜(TEM)观察是由一个200千伏TEM(日立h - 8100)。

孤立的分子结构进行了优化从头开始使用高斯03分子轨道计算。在目前的计算条件如下:计算类型(SP),计算方法(B3LYP),和基础设置(LANL2DZ)。电子结构等能量之间的差距最高占据分子轨道(人类)和最低未占据分子轨道(LUMO),和电子密度。

3所示。结果与讨论

TEM图像和电子衍射模式AuNP数据所示2(一个)和2 (b),分别。AuNPs fcc结构的晶格参数nm。TEM图像的数字2(一个),AuNPs球形和晶粒尺寸的AuNPs在40 ~ 60纳米的范围。AuNPs样品的x射线衍射模式由目前的还原方法如图3。从111衍射峰,用粉末粒度计算公式:,在那里λ,β,θ代表x射线源的波长、半宽度(应用),分别和布拉格角。平均粒径计算42海里,同意与TEM观察数据,如图2(一个)。

图4吸收光谱显示AuNP解决方案和AuNPs PEDOT: PSS沉积在玻璃基板旋转涂布方法。在图4吸收峰都被证实是536和578海里,分别来自等离子体吸收。

光学吸收谱CuNc / C₆₀和SubPc / C₆₀薄膜在玻璃衬底如图5(一个)和5 (b),分别。在图5(一个)、吸收峰在350 nm和450 nm)是由于C₆₀由于CuNc和其他山峰。在图5 (b)580纳米的吸收峰是由于SubPc。目前CuNc / C₆₀和SubPc / C₆₀异质结结构AuNPs提供吸光度增加波长从500纳米到700纳米。

测量J- - - - - -VCuNc / C的特性₆₀和SubPc / C₆₀光伏电池有或没有AuNP照明以下图所示6。目前的结构显示开路电压和短路电流特性曲线。总结了目前光伏电池的测量参数表1。在表1CuNc / C₆₀和SubPc / C₆₀异质结结构AuNPs提供高短路电流相比CuNc / C₆₀和SubPc / C₆₀没有AuNP结构。SubPc / C₆₀异质结结构AuNPs提供短路电流(马)的0.44厘米⁻²开路电压()的0.55 V,填充因子(FF) 0.28,和功率转换效率(η分别)的0.068%。

图7显示了当前的入射光子转换效率(IPCE)光谱SubPc / C₆₀光伏电池有或没有AuNP。光伏电池与AuNPs展示了高IPCE光谱范围500 ~ 600纳米,这对应的吸收峰与AuNPs观察,如图4。

电子结构,细数,lumo,能源缺口CuNc SubPc图所示8。HOMO和LUMO的计算CuNc−3.13 eV和−5.01 eV,分别在分子轨道计算的基础。HOMO和LUMO的计算SubPc−3.02 eV和−5.74 eV,分别。

目前的光伏电池的能级图总结如图9。之前报道的价值也被用于能量水平(20.- - - - - -22]。载波传输机制被认为是如下。当光从ITO事件衬底,光吸收激发发生在pc / C₆₀接口和电荷分离产生的电子和空穴。然后,通过C电子传输₆₀向铝电极和空穴传输通过PEDOT: PSS ITO衬底。因为它已经报道说几乎是成比例的区别HOMO电子供体(pc)和LUMO的电子受体(C₆₀)[23),的区别会被认为是pc和C的组合吗₆₀。

在目前的工作,有机光伏电池AuNPs基于酞菁和C₆₀是捏造和特征。目前的光伏电池的性能将依赖于晶粒尺寸的AuNPs和PEDOT膜厚度:PSS,控制晶粒大小和膜厚度应该作进一步的调查。

4所示。结论

有机光伏电池通过使用C是捏造的₆₀n型半导体,分别和CuNc SubPc p型半导体。J- - - - - -V照明下特征进行调查确认光伏电池的性能。CuNc / C₆₀异质结结构AuNPs提供光吸收在500到700纳米的范围和提供η9.8×10⁻⁴%,FF的0.24,马的0.034厘米⁻²,0.12 V。设备是基于SubPc / C₆₀异质结结构AuNPs提供η0.068%,FF的0.28,马的0.44厘米⁻²,0.55 V。AuNPs的纳米结构进行了TEM和x射线衍射的晶粒大小AuNPs测定40 ~ 60 nm。计算分子的能级分子轨道计算。