RU2528416C2 - Органическое фотовольтаическое устройство, способ его изготовления и применение фторсодержащих модификаторов для улучшения характеристик органических солнечных батарей - Google Patents
Органическое фотовольтаическое устройство, способ его изготовления и применение фторсодержащих модификаторов для улучшения характеристик органических солнечных батарей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2528416C2 RU2528416C2 RU2012126867/04A RU2012126867A RU2528416C2 RU 2528416 C2 RU2528416 C2 RU 2528416C2 RU 2012126867/04 A RU2012126867/04 A RU 2012126867/04A RU 2012126867 A RU2012126867 A RU 2012126867A RU 2528416 C2 RU2528416 C2 RU 2528416C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fluorine
- organic
- modifier
- layer
- p3ht
- Prior art date
Links
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 63
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 239000003607 modifier Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000013086 organic photovoltaic Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 title 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 23
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 26
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 38
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 34
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 19
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 12
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 11
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 11
- -1 1,8-disubstituted octanes Chemical class 0.000 description 10
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 10
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 10
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 10
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 9
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical class [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 8
- RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 1,2-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1Cl RFFLAFLAYFXFSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 3
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- ZQBFAOFFOQMSGJ-UHFFFAOYSA-N hexafluorobenzene Chemical compound FC1=C(F)C(F)=C(F)C(F)=C1F ZQBFAOFFOQMSGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920003227 poly(N-vinyl carbazole) Polymers 0.000 description 2
- 229920000548 poly(silane) polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical compound C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BYEAHWXPCBROCE-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-ol Chemical compound FC(F)(F)C(O)C(F)(F)F BYEAHWXPCBROCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- USPWUOFNOTUBAD-UHFFFAOYSA-N 1,2,3,4,5-pentafluoro-6-(trifluoromethyl)benzene Chemical compound FC1=C(F)C(F)=C(C(F)(F)F)C(F)=C1F USPWUOFNOTUBAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical class [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000005678 ethenylene group Chemical class [H]C([*:1])=C([H])[*:2] 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 229910052976 metal sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000004866 oxadiazoles Chemical class 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229950011087 perflunafene Drugs 0.000 description 1
- UWEYRJFJVCLAGH-IJWZVTFUSA-N perfluorodecalin Chemical compound FC1(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[C@@]2(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)[C@@]21F UWEYRJFJVCLAGH-IJWZVTFUSA-N 0.000 description 1
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 1
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229920001088 polycarbazole Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MBMQEIFVQACCCH-QBODLPLBSA-N zearalenone Chemical compound O=C1O[C@@H](C)CCCC(=O)CCC\C=C\C2=CC(O)=CC(O)=C21 MBMQEIFVQACCCH-QBODLPLBSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области органической электроники, а именно к органическим фотовольтаическим устройствам (солнечным батареям и фотодетекторам), изготовленным с использованием органических фторсодержащих соединений в качестве модифицирующих добавок. Изобретение относится к органическому фотовольтаическому устройству с объемным гетеропереходом, содержащему последовательно расположенные подложку, дырочно-собирающий электрод, дырочно-транспортный слой, фотоактивный слой, состоящий из смеси полупроводникового материала n-типа, полупроводникового материала p-типа и органического фторсодержащего соединения, электрон-транспортный слой, электрон-собирающий электрод, подложку. При этом фотоактивный слой дополнительно содержит фторсодержащий модификатор F1-F8 в концентрации от 0.000000001% до 40% по весу. Также изобретение относится к способу изготовления фотовольтаического устройства, который заключается в том, что фторсодержащий модификатор вводят в раствор полупроводниковых компонентов, из которого отливают затем фотоактивные пленки. Также изобретение относится к применению фторсодержащих модификаторов F1-F8 для улучшения характеристик органических солнечных батарей с объемным гетеропереходом. Технический результат заключается в разработке новых добавок-модификаторов наноструктуры полимер-фуллереновых систем, способных улучшать характеристики фотовольтаических устройств. 3 н.п. ф-лы, 14 ил., 8 табл., 8 пр.
Description
Изобретение относится к области органической электроники, а именно к органическим фотовольтаическим устройствам (солнечным батареям и фотодетекторам), изготовленным с использованием органических фторсодержащих соединений в качестве модифицирующих добавок, введение которых в композиты полупроводниковых материалов p- и n-типа улучшают их фотовольтаические свойства.
В настоящее время исследования в области органической фотовольтаики сосредоточены на устройствах с объемным гетеропереходом, в которых генерация и транспорт зарядов осуществляется во всем объеме активного слоя. Наиболее перспективными фотоактивными материалами для такого типа устройств являются сопряженные полимеры (материалы p-типа, например Р3НТ) [1 - П.А. Трошин, Р.Н. Любовская, В.Ф. Разумов, Органические солнечные батареи: структура, материалы, критические параметры и перспективы развития. Российские Нанотехнологии. 2008, 3, 6-27] и соединения фуллеренов (материалы n-типа, например [60] РСВМ) [2 - Р.A. Troshin, Н. Норре, J. Renz, M. Egginger, J. Yu. Mayorova, A.E. Goryachev, A.S. Peregudov, R.N. Lyubovskaya, G. Gobsch, N.S. Sariciftci, V.F. Razumov, Material solubility photovoltaic performance relationship in design of novel fullerene derivatives for bulk heterojunction solar cells. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 779-788].
На сегодняшний день максимальная эффективность преобразования энергии солнечного света, достигнутая в батареях данной конфигурации, составляет около 7-8% [3 - F.G. Brunetti, R. Kumar, F. Wudl, Organic electronics from perylene to organic photovoltaics: painting a brief history with a broad brush. J. Mater. Chem., 2010, 20, 2934, 4 - R.F. Service, Outlook Brightens for Plastic Solar Cells. Science, 2011, 332, 293].
Одним из путей увеличения кпд преобразования света органических солнечных батарей с объемным гетеропереходом стало использование фторсодержащих соединений. Было показано, что устройства на основе сопряженного полимера с фторсодержащими концевыми группами F-P3HT и производного фуллерена [60]РСВМ обладают эффективностью 4,5%, что соответствует теоретическому максимуму для системы Р3НТ/[60]РСВМ. [5 - J.S. Kim, Y. Lee, J.H. Lee, J.H. Park, J.K. Kim, K. Cho, High-efficiency organic solar cells based on end-functional-group-modified poly(3-hexylthiophene). Adv. Mater., 2009, 21, 1-6].
Добавление небольшого количества фторированного производного фуллерена F-[60]РСВМ к системе Р3НТ/[60]РСВМ также приводит к значительному улучшению фотовольтаических характеристик устройств, в частности, фактора заполнения [6 - Q. Wei, Т. Nishizawa, K. Tajima, K. Hashimoto, Self-organized buffer layers in organic solar cells. Adv. Mater. 2008, 20, 2211-2216].
Важным открытием стало обнаружение влияния различных модифицирующих химических добавок на морфологию фотоактивного слоя, и, следовательно, на характеристики фотовольтаических устройств на основе полимер-фуллереновой смеси. Так, например, в качестве добавок, улучшающих эффективности преобразования света устройств с объемным гетеропереходом, используют высококипящие растворители [7 - A.J. Moulé, K. Meerholz, Controlling morphology in polymer-fullerene mixtures. Adv. Mater. 2008, 20, P.240-245. 8 - С.V. Hoven, X.-D. Dang, R.C. Coffin, J. Peet, T.-Q. Nguyen, G.C. Bazan, Improved Performance of Polymer Bulk Heterojunction Solar Cells Through the Reduction of Phase Separation via Solvent Additives. Adv. Mater. 2010, 22, P. E63-E66].
Помимо классических растворителей в качестве добавок-модификаторов наноструктуры полимер-фуллереновой системы использовали и другие группы химических соединений. Например, в качестве добавок применяли серию различных 1,8-дизамещенных октанов [9 - J.K. Lee, W.L. Ма, С.J. Brabec, J. Yuen, J.S. Moon, J.Y. Kim, K. Lee, G.C. Bazan, A.J. Heeger, Processing Additives for Improved Efficiency from Bulk Heterojunction Solar Cells. J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 3619-3623; 10 - G.С. Bazan, Processing additives for fabricating organic photovoltaic cells, патент США US 2009/0108255 A1 от 30.04.2009].
В последние годы идет непрекращающийся поиск новых добавок-модификаторов наноструктуры полимер-фуллереновых систем, способных улучшать характеристики фотовольтаических устройств. Нужно отметить, что все использованные ранее добавки модифицировали морфологию фотоактивного слоя при формировании пленки, но не вводились в состав фотоактивного композита. В заявляемом изобретении защищаются органические фотовольтаические устройства (органические солнечные батареи и фотодетекторы) с объемным гетеропереходом, отличающиеся тем, что их фотоактивный слой (3) состоит из трех компонентов: полупроводниковых материалов n-типа и p-типа, а также фторсодержащего модификатора.
Защищаемую конструкцию фотовольтаического устройства можно схематически представить как:
где слой 1 обозначает:
- дырочно-собирающий электрод на основе электропроводящего материала, представляющего собой электропроводящие металл, сплав, полимер или оксиды металлов. К электропроводящим металлам относятся золото, серебро, алюминий, медь, олово, платина, хром, цинк, титан, никель, палладий, редкоземельные металлы, щелочно-земельные металлы и др. Сплавы вышеперечисленных металлов также являются электропроводящими. Типичными электропроводящими полимерными материалами являются политиофены (например, PEDOT - полиэтилендиокситиофен), полианилины и полипирролы. В качестве электропроводящих оксидов металлов выступают оксиды индия-олова (ITO), допированный фтором оксид олова (FTO), оксид цинка. Возможно использование комбинации из нескольких различных электропроводящих материалов;
где слой 2 обозначает:
- слой дырочного проводника, представляющего собой материал, обладающий хорошими дырочно-транспортными и электрон-блокирующими свойствами для обеспечения эффективного и селективного транспорта положительных зарядов (дырок) к дырочно-собирающему электроду. К таким материалам относятся политиофены (например, PEDOT - полиэтилендиокситиофен), полианилины, поликарбазолы, поливинилкарбазолы, полифенилены, полифениленвинилены, полисиланы, политиенилвинилены и их сополимеры в недопированной или допированной формах. Примером дырочного проводника на основе допированного полимера является PEDOT:PSS, где PSS обозначает допант, представляющий собой полистиролсульфоновую кислоту;
где слой 3 обозначает:
- фотоактивный слой, состоящий из смеси полупроводникового материала n-типа (электрон-акцепторного материала), полупроводникового материала p-типа (электрон-донорного материала) и органического фторсодержащего соединения (добавки-модификатора).
a) В качестве электрон-акцепторного компонента могут быть использованы производные фуллеренов (C60, C70, C›70 и их смеси), модифицированные углеродные нанотрубки, неорганические наночастицы, оксадиазолы, полимеры, содержащие в своей структуре электрон-акцепторные звенья и комбинации вышеперечисленных материалов.
b) Электрон-донорными компонентами являются такие полимерные материалы, как политиофены, полианилины, поликарбазолы, поливинилкарбазолы, полифенилены, полифенилвинилены, полисиланы, политиениленвинилены, полиизотионафталины, полициклопентадитиофены, полисилоциклопентадитиофены, полициклопентадитиазолы, политиазолотиазолы, политиазолы, полибензотиадиазолы, политиадиазолохиноксалины, полибензоизотиазолы, полибензотиазолы, политиенотиофены, полидитиенотиофены, полифлуорены, политетрагидроизоиндолы и их сополимеры. Также к электрон-донорным компонентам относятся низкомолекулярные донорные материалы, например, фталоцианины цинка и меди, олигомеры тиофена, органические красители и другие органические соединения, характеризующиеся способностью образовывать стабильные положительно заряженные частицы при химическом, фото- и электрохимическом окислении. Также в качестве электрон-донорных материалов могут быть использованы неорганические наночастицы, такие как PbS, PbSe, PdTe и коллоидные нанокристаллы, способные отдавать электрон соответствующему акцепторному материалу при облучении светом.
c) В качестве третьего компонента в смеси материалов n-типа и p-типа могут быть использованы различные органические низкомолекулярные и высокомолекулярные соединения, содержащие в своей структуре два и более атомов фтора. Возможно использование комбинаций из нескольких органических фторсодержащих соединений;
где слой 4 обозначает:
- электрон-транспортный (дырочно-блокирующий) слой, представленный такими материалами, как LiF, оксиды металлов (например, оксид цинка, оксид титана), сульфиды металлов (CdS, ZnS, Sb2S3 и др.), трисоксихинолятом алюминия, хинолятами щелочных и щелочноземельных металлов и др.;
где слой 5 обозначает:
- электрон-собирающий электрод, образуемый, главным образом, из одного или более электропроводящих материалов, описанных выше для слоя 1;
где слои 0 и 6 обозначают:
- Слои 0 и 6 являются технологическими, т.к. они не влияют непосредственно на работу устройства, а лишь обеспечивают ему необходимые механические свойства и стабильность. Слой 0 и/или слой 6, например, может быть подложкой, на которой располагается дырочно-собирающий или электрон-собирающий электрод. Подложка, как правило, должна быть прозрачна. Она может быть гибкой (на основе полимерных материалов, например, полиэтилентерефталата, полиимидов, полиэтиленнафталатов и др.), полужесткой или жесткой (например, стекло). Также подложки могут одновременно располагаться по обе стороны устройства, контактируя с соответствующими электродами и образуя сэндвичевую структуру.
Помимо подложки фотовольтаическое устройство должно содержать защитные (барьерные) слои, препятствующие воздействию влаги и кислорода воздуха на остальные слои.
Наиболее близкими прототипами защищаемых трехкомпонентных органических фотовольтаических устройств с объемным гетеропереходом являются полимер-фуллереновые органические солнечные батареи с буферным слоем перфтордекалина, гексафторбензола, перфтортолуола или 1,1,1,3,3,3-гексафтор-2-пропанола [10 - S. Yamamoto, D. Kitazawa, J. Tsukamoto, Photovoltaic device, active layer material, and manufacturing method for photovoltaic device, заявка на международный патент WO 2009113450 A1 от 17.09.2009]. Отличительной особенностью этих устройств является локализация фторсодержащих соединений в виде отдельного слоя на границе между фотоактивным слоем и анодом (электродом, собирающим положительные носители зарядов - дырки).
Принципиальное отличие защищаемых трехкомпонентных органических фотовольтаических устройств заключается в том, что в таких системах фторсодержащее соединение распределяется во всем объеме фотоактивного слоя или, в отдельных случаях, аккумулируется на границе раздела с катодом (электрон-собирающим электродом). Введение фторсодержащего модификатора в активный слой фотовольтаических устройств повышает фактор заполнения FF и эффективность преобразования солнечного света (кпд) Лучший из модификаторов позволил увеличить эффективность фотовольтаических устройств на 32% относительно характеристик реперных устройств.
Наличие фторсодержащего модификатора в фотоактивном слое устройств на основе трехкомпонентных систем подтверждает масс-спектрометрический анализ пленок фотоактивной смеси. В качестве примера были изучены трехкомпонентные системы Р3НТ/[60]РСВМ/фторсодержащее соединение (Фиг.2 и Фиг.3). Для этого растворы реперной системы Р3НТ/[60]РСВМ и трехкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ/фторсодержащее соединение, например F-8, в хлорбензоле, были высушены в открытых чашках Петри. Готовые пленки композита Р3НТ/[60]РСВМ без и с фторсодержащей добавкой F-8 прогревали в течение 3 минут при температуре 155°С в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс) и выдерживали в вакуумной камере (10-6 мБар) в течение 1 часа для того, чтобы максимально приблизить условия изготовления образцов для масс-спектрометрического анализа к условиям изготовления пленок фотоактивной слоя устройств. В масс-спектре композита Р3НТ/[60]РСВМ с добавлением фторсодержащего модификатора F-8 (Фиг.4c и 4d) были обнаружены новые пики при 70, 80, 81 и 142 m/z, характерные для молекулярных ионов CF3H, CF2CH2O, CF2CH2OH и CCF2CF2COH, соответственно, отсутствующие в масс-спектре реперной системы (Фиг.4a и 4b). Таким образом, было показано, что фторсодержащее соединение присутствует в фотоактивном слое трехкомпонентной системы.
В данном изобретении защищается также способ изготовления фотовольтаических устройств с фторсодержащими модификаторами, общая схема которых представлена на Фиг.1. В качестве подложки используются прозрачные гибкие, полужесткие или жесткие пластины, на которые наносится слой дырочно-собирающего электрода. Далее на электроды наносится слой дырочно-транспортного (электрон-блокирующего материала). Готовый раствор для приготовления фотоактивного слоя, представляющий собой смесь полупроводникового материала n-типа (электрон-акцепторного материала), полупроводникового материала p-типа (электрон-донорного материала) и органического фторсодержащего соединения, предварительно фильтруется и наносится на дырочно-транспортный слой. Материал, обладающий электрон-транспортными (дырочно-блокирующими) свойствами используется в качестве 4 слоя фотовольтаических устройств (Фиг.1). На слой электрон-транспортного материала наносится электрон-собирающий электрод, образуемый, главным образом, из одного или более электропроводящих материалов. Для защиты фотовольтаического устройства от воздействия влаги и кислорода воздуха используется барьерный слой.
Даннное изобретение иллюстрируется, но никак не ограничивается следующими примерами.
Пример 1.
На основе трехкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ/фторсодержащее соединение F-1 (Фиг.2 и Фиг.3), а также реперной двухкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ были изготовлены органические солнечные батареи с объемным гетеропереходом, имеющие конструкцию, представленную на Фиг.1. В качестве подложек использовали специальные стеклянные пластины размером 2.5×2.5 см, одна сторона которых покрыта электропроводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Нанесение слоя PEDOT-PSS (Baytron РН) осуществляли с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 3000 об/мин. После нанесения пленки PEDOT-PSS прогревались при 150°C в течение 15 минут.
Раствор композита Р3НТ/[60]РСВМ в хлорбензоле с соотношением 1.8:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору добавили фторсодержащий модификатор F-1 в количестве 2,5 мг на 1 мл раствора композита Р3НТ/[60]РСВМ. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 900 об/мин. После нанесения пленки композита Р3НТ/[60]РСВМ без и с фторсодержащей добавкой F-1 прогревали в течение 3 минут при температуре 155°C в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс). Напыление катода Ca (~20 нм)-Ag (100 нм) проводили в вакуумной камере (10-6 мБар), встроенной внутри аргонового бокса. Измерение вольтамперных характеристик батарей проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AM1.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг.5) использовали источник-измеритель Kethley 2400.
Использование фторсодержащей добавки F-1 привело к значительному увеличению фактора заполнения FF устройств от 53% до 65%. Эффективность преобразования солнечного света возросла на 32% и составила 4,5%, что близко к теоретическому максимуму для солнечных батарей на основе системы Р3НТ/[60]РСВМ (Табл.1).
Пример 2.
На основе трехкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ/фторсодержащее соединение F-2 (Фиг.2 и Фиг.3), а также реперной двухкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ были изготовлены органические солнечные батареи с объемным гетеропереходом, имеющие конструкцию, представленную на Фиг.1. В качестве подложек использовали специальные стеклянные пластины размером 2.5×2.5 см, одна сторона которых покрыта электропроводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Нанесение слоя PEDOT-PSS (Baytron РН) осуществляли с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 3000 об/мин. После нанесения пленки PEDOT-PSS прогревались при 150°C в течение 15 минут.
Раствор композита Р3НТ/[60]РСВМ в хлорбензоле с соотношением 1.8:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору добавили фторсодержащий модификатор F-2 в количестве 2,5 мг на 1 мл раствора композита Р3НТ/[60]РСВМ. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 900 об/мин. После нанесения пленки композита Р3НТ/[60]РСВМ без и с фторсодержащей добавкой F-2 прогревали в течение 3 минут при температуре 155°C в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс). Напыление катода Ca (~20 нм)-Ag (100 нм) проводили в вакуумной камере (10-6 мБар), встроенной внутри аргонового бокса. Измерение вольтамперных характеристик батарей проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AM1.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг.6) использовали источник-измеритель Kethley 2400.
Устройство с фторсодержащим модификатором F-2 показало лучшие характеристики по сравнению с реперным устройством (Табл.2).
Пример 3.
На основе трехкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ/фторсодержащее соединение F-3 (Фиг.2 и Фиг.3), а также реперной двухкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ были изготовлены органические солнечные батареи с объемным гетеропереходом, имеющие конструкцию, представленную на Фиг.1. В качестве подложек использовали специальные стеклянные пластины размером 2.5×2.5 см, одна сторона которых покрыта электропроводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Нанесение слоя PEDOT-PSS (Baytron РН) осуществляли с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 3000 об/мин. После нанесения пленки PEDOT-PSS прогревались при 150°C в течение 15 минут.
Раствор композита Р3НТ/[60]РСВМ в хлорбензоле с соотношением 1.8:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору композита Р3НТ/[60]РСВМ добавили фторсодержащий модификатор F-3 в количестве 5 объемных процентов. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 900 об/мин. После нанесения пленки композита Р3НТ/[60]РСВМ без и с фторсодержащей добавкой F-3 прогревали в течение 3 минут при температуре 155°C в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс). Напыление катода Ca (~20 нм)-Ag (100 нм) проводили в вакуумной камере (10-6 мБар), встроенной внутри аргонового бокса. Измерение вольтамперных характеристик батарей проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AMI.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг.7) использовали источник-измеритель Kethley 2400.
Устройство с фторсодержащим модификатором F-3 показало лучшие характеристики по сравнению с реперным устройством (Табл.3).
Пример 4.
На основе трехкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ/фторсодержащее соединение F-4 (Фиг.2 и Фиг.3), а также реперной двухкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ были изготовлены органические солнечные батареи с объемным гетеропереходом, имеющие конструкцию, представленную на Фиг.1. В качестве подложек использовали специальные стеклянные пластины размером 2.5×2.5 см, одна сторона которых покрыта электропроводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Нанесение слоя PEDOT-PSS (Baytron РН) осуществляли с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 3000 об/мин. После нанесения пленки PEDOT-PSS прогревались при 150°C в течение 15 минут.
Раствор композита Р3НТ/[60]РСВМ в хлорбензоле с соотношением 1.8:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору добавили фторсодержащий модификатор F-2 в количестве 2,5 мг на 1 мл раствора композита Р3НТ/[60]РСВМ. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 900 об/мин. После нанесения пленки композита Р3НТ/[60]РСВМ без и с фторсодержащей добавкой F-4 прогревали в течение 3 минут при температуре 155°C в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс). Напыление катода Ca (~20 нм)-Ag (100 нм) проводили в вакуумной камере (10-6 мБар), встроенной внутри аргонового бокса. Измерение вольтамперных характеристик батарей проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AM1.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг.8) использовали источник-измеритель Kethley 2400.
Устройство с фторсодержащим модификатором F-4 показало лучшие характеристики по сравнению с реперным устройством (Табл.4).
Пример 5.
На основе трехкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ/фторсодержащее соединение F-5 (Фиг.2 и Фиг.3), а также реперной двухкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ были изготовлены органические солнечные батареи с объемным гетеропереходом, имеющие конструкцию, представленную на Фиг.1. В качестве подложек использовали специальные стеклянные пластины размером 2.5×2.5 см, одна сторона которых покрыта электропроводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Нанесение слоя PEDOT-PSS (Baytron РН) осуществляли с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 3000 об/мин. После нанесения пленки PEDOT-PSS прогревались при 150°C в течение 15 минут.
Раствор композита Р3НТ/[60]РСВМ в хлорбензоле с соотношением 1.8:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору добавили фторсодержащий модификатор F-5 в количестве 2,5 мг на 1 мл раствора композита Р3НТ/[60]РСВМ. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 900 об/мин. После нанесения пленки композита Р3НТ/[60]РСВМ без и с фторсодержащей добавкой F-5 прогревали в течение 3 минут при температуре 155°C в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс). Напыление катода Ca (~20 нм)-Ag (100 нм) проводили в вакуумной камере (10-6 мБар), встроенной внутри аргонового бокса. Измерение вольтамперных характеристик батарей проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AM1.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг.9) использовали источник-измеритель Kethley 2400.
Устройство с фторсодержащим модификатором F-5 показало лучшие характеристики по сравнению с реперным устройством (Табл.5).
Пример 6.
На основе трехкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ/фторсодержащее соединение F-6 (Фиг.2 и Фиг.3), а также реперной двухкомпонентной системы Р3НТ/[60]РСВМ были изготовлены органические солнечные батареи с объемным гетеропереходом, имеющие конструкцию, представленную на Фиг.1. В качестве подложек использовали специальные стеклянные пластины размером 2.5×2.5 см, одна сторона которых покрыта электропроводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Нанесение слоя PEDOT-PSS (Baytron РН) осуществляли с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 3000 об/мин. После нанесения пленки PEDOT-PSS прогревались при 150°C в течение 15 минут.
Раствор композита Р3НТ/[60]РСВМ в хлорбензоле с соотношением 1.8:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору добавили фторсодержащий модификатор F-6 в количестве 2,5 мг на 1 мл раствора композита Р3НТ/[60]РСВМ. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 900 об/мин. После нанесения пленки композита Р3НТ/[60]РСВМ без и с фторсодержащей добавкой F-6 прогревали в течение 3 минут при температуре 155°C в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс). Напыление катода Ca (~20 нм)-Ag (100 нм) проводили в вакуумной камере (10-6 мБар), встроенной внутри аргонового бокса. Измерение вольтамперных характеристик батарей проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AM1.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг.10) использовали источник-измеритель Kethley 2400.
Устройство с фторсодержащим модификатором F-6 показало лучшие характеристики по сравнению с реперным устройством (Табл.6).
Пример 7.
Фторсодержащее соединение F-7 было использовано в качестве третьего компонента фотоактивного слоя при создании органических солнечных батарей с объемным гетеропереходом на основе полимер/фуллереновых систем Р3НТ/[60]РСВМ и P3HT/ICBA (Фиг.2 и Фиг.3). В качестве подложек использовали специальные стеклянные пластины размером 2.5×2.5 см, одна сторона которых покрыта электропроводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Нанесение слоя PEDOT-PSS (Baytron PR) осуществляли с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 3000 об/мин. После нанесения пленки PEDOT-PSS прогревались при 150°C в течение 15 минут.
Раствор композита Р3НТ/[60]РСВМ в хлорбензоле с соотношением 1.8:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору добавили фторсодержащий модификатор F-7 в количестве 2,5 мг на 1 мл раствора композита Р3НТ/[60]РСВМ. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 900 об/мин. После нанесения пленки композита Р3НТ/[60]РСВМ без и с фторсодержащей добавкой F-6 прогревали в течение 3 минут при температуре 155°C в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс).
Раствор композита P3HT/ICBA в 1,2-дихлорбензоле с соотношением 1:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору добавили фторсодержащий модификатор F-7 в количестве 2,5 мг на 1 мл раствора композита P3HT/ICBA. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 1200 об/мин. Готовые пленки обрабатывали парами растворителя в чашках Петри в течение 6-8 часов. Далее пленки композита P3HT/ICBA без и с фторсодержащей добавкой F-7 прогревали в течение 10 минут при температуре 155°С в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс).
Напыление катода Ca (~20 нм)-Ag (100 нм) проводили в вакуумной камере (10-6 мБар), встроенной внутри аргонового бокса. Измерение вольтамперных характеристик батарей проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AM1.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг.11a и 11b) использовали источник-измеритель Kethley 2400.
Устройства с фторсодержащими модификаторами показали лучшие характеристики по сравнению с реперными устройствами без добавок (Табл.7).
Пример 8.
Фторсодержащее соединение F-8 было использовано в качестве третьего компонента фотоактивного слоя при создании органических солнечных батарей с объемным гетеропереходом на основе полимер/фуллереновых систем Р3НТ/[60]РСВМ и P3HT/ICBA (Фиг.2 и Фиг.3). В качестве подложек использовали специальные стеклянные пластины размером 2.5×2.5 см, одна сторона которых покрыта электропроводящим слоем оксида индия-олова (ITO). Нанесение слоя PEDOT-PSS (Baytron PH) осуществляли с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 3000 об/мин. После нанесения пленки PEDOT-PSS прогревались при 150°C в течение 15 минут.
Раствор композита Р3НТ/[60]РСВМ в хлорбензоле с соотношением 1.8:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору добавили фторсодержащий модификатор F-8 в количестве 2,5 мг на 1 мл раствора композита Р3НТ/[60]РСВМ. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 900 об/мин. После нанесения пленки композита Р3НТ/[60]РСВМ без и с фторсодержащей добавкой F-8 прогревали в течение 3 минут при температуре 155°C в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс).
Раствор композита P3HT/ICBA в 1,2-дихлорбензоле с соотношением 1:1 фильтровали через мембранный фильтр (PTFE, 0.2-0.45 мкм). Для приготовления трехкомпонентной системы к профильтрованному раствору добавили фторсодержащий модификатор F-8 в количестве 2,5 мг на 1 мл раствора композита P3HT/ICBA. Полученные растворы без и с модификатором наносили на пленки PEDOT-PSS с помощью спинкоутера при скоростях вращения подложки 1200 об/мин. Готовые пленки обрабатывали парами растворителя в чашках Петри в течение 6-8 часов. Далее пленки композита P3HT/ICBA без и с фторсодержащей добавкой F-8 прогревали в течение 10 минут при температуре 155°C в атмосфере инертного газа (аргоновый бокс).
Напыление катода Ca (~20 нм)-Ag (100 нм) проводили в вакуумной камере (10-6 мБар), встроенной внутри аргонового бокса. Измерение вольтамперных характеристик батарей проводили в стандартизованных условиях. В качестве источника света использовался солнечный симулятор KHS Steuernagel Lichttechnik со спектром AM1.5 (100 мВт/см2). Для записи вольтамперных кривых (Фиг.12a и 12b) использовали источник-измеритель Kethley 2400.
Из полученных вольтамперных зависимостей следует, что факторы заполнения FF устройств с модификатором F-8 значительно выше, чем для устройств без добавок. Основные фотовольтаические характеристики представлены в Табл.8.
Claims (3)
1. Органическое фотовольтаическое устройство с объемным гетеропереходом, содержащее последовательно расположенные:
подложку, дырочно-собирающий электрод, дырочно-транспортный слой, фотоактивный слой, состоящий из смеси полупроводникового материала n-типа, полупроводникового материала p-типа и органического фторсодержащего соединения, электрон-транспортный слой, электрон-собирающий электрод, подложку, отличающееся тем, что фотоактивный слой дополнительно содержит фторсодержащий модификатор:
в концентрации от 0.000000001% до 40% по весу.
подложку, дырочно-собирающий электрод, дырочно-транспортный слой, фотоактивный слой, состоящий из смеси полупроводникового материала n-типа, полупроводникового материала p-типа и органического фторсодержащего соединения, электрон-транспортный слой, электрон-собирающий электрод, подложку, отличающееся тем, что фотоактивный слой дополнительно содержит фторсодержащий модификатор:
в концентрации от 0.000000001% до 40% по весу.
2. Способ изготовления фотовольтаического устройства по п.1, отличающийся тем, что фторсодержащий модификатор вводят в раствор полупроводниковых компонентов, из которого отливают затем фотоактивные пленки.
3. Применение фторсодержащих модификаторов
для улучшения характеристик органических солнечных батарей с объемным гетеропереходом.
для улучшения характеристик органических солнечных батарей с объемным гетеропереходом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012126867/04A RU2528416C2 (ru) | 2012-06-28 | 2012-06-28 | Органическое фотовольтаическое устройство, способ его изготовления и применение фторсодержащих модификаторов для улучшения характеристик органических солнечных батарей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012126867/04A RU2528416C2 (ru) | 2012-06-28 | 2012-06-28 | Органическое фотовольтаическое устройство, способ его изготовления и применение фторсодержащих модификаторов для улучшения характеристик органических солнечных батарей |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012126867A RU2012126867A (ru) | 2014-01-10 |
| RU2528416C2 true RU2528416C2 (ru) | 2014-09-20 |
Family
ID=49884005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012126867/04A RU2528416C2 (ru) | 2012-06-28 | 2012-06-28 | Органическое фотовольтаическое устройство, способ его изготовления и применение фторсодержащих модификаторов для улучшения характеристик органических солнечных батарей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2528416C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2786055C2 (ru) * | 2021-02-18 | 2022-12-16 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Федеральный Исследовательский Центр Проблем Химической Физики И Медицинской Химии Российской Академии Наук (Фиц Пхф И Мх Ран) | Фотовольтаическое устройство с электрон-селективным слоем на основе оксида вольфрама и способ изготовления этого устройства |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009113450A1 (ja) * | 2008-03-12 | 2009-09-17 | 東レ株式会社 | 光起電力素子、活性層材料および光起電力素子の製造方法 |
| RU2427058C1 (ru) * | 2007-09-18 | 2011-08-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Органическое светоизлучающее устройство и прибор отображения |
| US20110272030A1 (en) * | 2009-01-20 | 2011-11-10 | Toray Industries, Inc. | Material for photovoltaic device, and photovoltaic device |
| WO2011147819A2 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-01 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich | Solid-state processing of pi-conjugated materials |
-
2012
- 2012-06-28 RU RU2012126867/04A patent/RU2528416C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2427058C1 (ru) * | 2007-09-18 | 2011-08-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Органическое светоизлучающее устройство и прибор отображения |
| WO2009113450A1 (ja) * | 2008-03-12 | 2009-09-17 | 東レ株式会社 | 光起電力素子、活性層材料および光起電力素子の製造方法 |
| US20110272030A1 (en) * | 2009-01-20 | 2011-11-10 | Toray Industries, Inc. | Material for photovoltaic device, and photovoltaic device |
| WO2011147819A2 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-01 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich | Solid-state processing of pi-conjugated materials |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2786055C2 (ru) * | 2021-02-18 | 2022-12-16 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Федеральный Исследовательский Центр Проблем Химической Физики И Медицинской Химии Российской Академии Наук (Фиц Пхф И Мх Ран) | Фотовольтаическое устройство с электрон-селективным слоем на основе оксида вольфрама и способ изготовления этого устройства |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012126867A (ru) | 2014-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pitchaiya et al. | A review on the classification of organic/inorganic/carbonaceous hole transporting materials for perovskite solar cell application | |
| Zhang et al. | Recent advance in solution‐processed organic interlayers for high‐performance planar perovskite solar cells | |
| Rezaee et al. | Dopant‐free hole transporting materials for perovskite solar cells | |
| Ragoussi et al. | New generation solar cells: concepts, trends and perspectives | |
| Zhou et al. | Bulk-heterojunction hybrid solar cells based on colloidal nanocrystals and conjugated polymers | |
| Rousseau et al. | BODIPY derivatives as donor materials for bulk heterojunction solar cells | |
| Huang et al. | Interface engineering of perovskite solar cells with multifunctional polymer interlayer toward improved performance and stability | |
| Tarique et al. | A review of progress and challenges in the research developments on organic solar cells | |
| Zhang et al. | Porous organic polymers in solar cells | |
| Li et al. | Organic thin-film solar cells: Devices and materials | |
| Arrechea et al. | Efficiency improvement using bis (trifluoromethane) sulfonamide lithium salt as a chemical additive in porphyrin based organic solar cells | |
| KR101815755B1 (ko) | 확장된 공액 구조의 페나진 유도체 및 이를 적용한 유기광전변환 고분자 | |
| WO2012156723A1 (en) | Optoelectronic device | |
| US9246115B2 (en) | Organic solar cell and method of manufacturing the same | |
| KR101181227B1 (ko) | 유기 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| WO2010090123A1 (ja) | 有機光電変換素子、それを用いた太陽電池、及び光センサアレイ | |
| RU2595342C2 (ru) | Двухкомпонентный электрон-селективный буферный слой и фотовольтаические ячейки на его основе | |
| Sheibani et al. | Conjugated Polymer for Charge Transporting Applications in Solar Cells | |
| RU2528416C2 (ru) | Органическое фотовольтаическое устройство, способ его изготовления и применение фторсодержащих модификаторов для улучшения характеристик органических солнечных батарей | |
| Li et al. | A review on conventional perovskite solar cells with organic dopant-free hole transport materials: roles of chemical structure and interfacial materials in efficient devices | |
| KR101930279B1 (ko) | 용해도를 증가시킨 페나진 유도체 및 이를 이용한 유기광전변환소자용 고분자 | |
| KR101784069B1 (ko) | 유기 태양 전지의 제조방법 및 이로부터 제조된 유기 태양 전지 | |
| KR20130113229A (ko) | 혼성 금속 산화물 및 그 형성 방법과 상기 혼성 금속 산화물을 포함하는 태양 전지 | |
| KR20190041693A (ko) | 유-무기 하이브리드 태양 전지 | |
| US20240081144A1 (en) | A method for manufacturing a composition for use as a transport material of a device, a composition obtained by such a method, a transport layer comprising such a composition, and an electronic device comprising such a transport layer |