石墨烯透明陽極的高效柔性有機太陽能電池

2020-09-17 石墨烯聯盟


本文要點：

  • 介紹具有摻雜的石墨烯透明陽極和300nm厚的光敏層的超高效柔性有機太陽能電池。
  • 3層石墨烯被確定為電池最適合設計。
  • 採用3層摻雜石墨烯陽極的0.2cm2電池可獲得6.85%的高功率轉換效率。
  • 厚的光敏層與3層摻雜的石墨烯陽極的組合可產生創紀錄的1.6cm2大的柔性電池。

1成果簡介

石墨烯作為柔性有機太陽能電池（OSC）的透明導電電極（TCE）具有巨大的潛力。然而，隨著層數的增加，電導率和透明度以及石墨烯TCE的表面粗糙度之間的權衡限制了功率轉換效率（PCE）的提高及其在大面積OSC中的使用。

本文，中國科學院金屬研究所任文才研究員團隊在《Carbon》期刊發表名為「Extremely efficient flexible organic solar cells with a graphene transparent anode: Dependence on number of layers and doping of graphene」的論文，研究使用300nm厚的(2,5-bis(2-hexyldecyloxy)phenylene)-alt-(5,6-difluoro-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c]-[1,2,5]thiadiazole)][6,6]:-phenyl-C71-butyric acid methyl ester as the photoactive layer and a benzimidazole (BI)-摻雜的石墨烯作為透明陽極，證明了具有良好柔韌性的有效OSC。

結果表明發現三層（L）石墨烯在薄層電阻，光學透射率和表面粗糙度之間具有最佳平衡，以優化電池設計。具有3L BI摻雜的石墨烯陽極的0.2 cm 2電池達到了6.85％的PCE，這是迄今為止針對基於柔性石墨烯陽極的OSC報告的最高PCE值之一。柔性單元堅固耐用，在長達250次的彎曲循環中僅表現出輕微的性能下降。此外，厚的光敏層與優化的3L BI摻雜石墨烯TCE的組合可實現1.6 cm2的產量靈活的OSC，PCE為1.8％。此工作說明了石墨烯TCE開發對於柔性OSC以及其他可穿戴光電設備的重要性。


2圖文導讀

圖1。光敏層材料的化學結構和基於石墨烯TCE的OSC的結構

圖2。原始石墨烯和摻BI的石墨烯TCE的不同層數的照片和AFM圖像

圖3。石墨烯陽極基OSC的光伏性能。

圖4。原始石墨烯和BI摻雜的石墨烯TCE的表面特性。

圖5。光伏參數對彎曲周期的依賴性。

圖6。大面積BI摻雜的石墨烯陽極OSC的照片和光電性能。

3小結

總而言之，我們在石墨烯基陽極上製造了具有厚但簡單結構的柔性OSC。確定了光伏性能對具有不同層數的石墨烯TCE 的R sh，Tr，SR的依賴性。發現3L石墨烯（原始或BI摻雜的）TCE是用於這項工作的最佳電池設計。摻BI的石墨烯陽極電池表現出更好的性能。提高了石墨烯三氯乙烯的開發對於下一代高性能柔性可穿戴光電的重要性。

文獻：

來源：材料分析與應用

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