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1、Efficient organic solar cells with solution-processed carbon nanosheetsas transparent electrodes高效有机太阳能电池用可溶液加工碳纳米薄膜作为透明电极,大部分OSCs是以铟锡氧化物(ITO)为透明电极。目前研究的用来替代ITO的各种透明导电材料有：如导电聚合物2-4、金属纳米材料1,5、碳纳米管1,6和石墨烯7-8等。而石墨烯(一种二维导电碳纳米片)因其很好的透明性、导电性和机械灵活性被认为是最有潜力的ITO替代材料。,Appl.Phys.Lett.102,043304(2013),目前制备石墨烯最典
2、型的两种方法：chemical exfoliation(化学剥离法)：经过连续的氧化、剥离、还原过程；但是用化学法制备的石墨烯边缘含有氧化基团，导致薄膜表面电阻较大，故OSCs效率一般较低0.1%-1.27%chemical vapor deposition(CVD)method(CVD法)：合成大面积高导电性石墨烯片，OSCs效率约为1.23%-2.6%,(1)石墨(黑色线条)氧化为夹层间距更大的氧化石墨(浅色线条)(2)在水中通过超声作用剥落氧化石墨得到氧化石墨烯胶体，该体系由于静电排斥作用而稳定存在(3)通过还原，氧化石墨烯胶体脱氧转化为导电的石墨烯胶体(a)氧化石墨烯溶液(b)对应的石
3、墨烯溶液,化学进展，第24卷，第4期，2012年4月,化学法制备石墨烯水溶液流程图,CVD制备流程图,在氢气/氩气或其它惰性气体环境下进行，用一些过渡金属，最常用镍或者铜金属薄片或者膜作为基底兼催化剂。加热使得碳氢化合物裂解，在基底表面沉积形成石墨烯膜,石墨烯从铜基底转移到PET(不饱和聚酯)基底的工序,化学进展，第24卷，第4期，2012年4月,一种不用转移基底且不使用催化剂的方法来制备高质量、可溶液加工的石墨烯薄膜CNS,聚丙烯晴(PAN)溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中，旋涂在石英基片上。旋涂后的PAN薄膜，250摄氏度氧化两小时产生环化反应，PAN结构碳氮三键转化为双键，产生一个六元环吡
4、啶环。在H2/Ar混合气氛中，以5摄氏度/分钟的加热率加热直到1200摄氏度，环化薄膜碳化。氮、氰化物、氨被去除，环化聚合物形成环化聚合物链。,(a)Fabrication of CNS:a spin-coated PAN polymer and stabilization and carbonization processes,(b)Schematic representation of the fabrication sequence for ITO-free solar cells with a solution-processed CNS anode film,PEDOT:PSS缓冲层
5、旋涂在CNS薄膜表面，120摄氏度干燥10分钟。50mgP3HT、50mgPCBM溶解在2ml的1,2-邻二氯苯溶液中旋涂在PEDOT:PSS表面，氮气手套箱中操作。氮气气氛中120分钟溶剂退火处理和110摄氏度10分钟热退火。Ca(20nm)/Al(100nm)金属电极真空蒸发，真空度10-4Pa。,测试,四探针系统测量表面电阻，CNS紫外可见透射光谱由Jasco V-570 UVvis/NIR 分光光度计测量。原子力显微镜测量CNS薄膜厚度。Keithley 1200、AM1.5，光强100mW/cm2测量光伏特性，经过Si太阳能电池校准。,AFM images of CNS films
6、prepared by spin coating of(a)0.1,(b)0.5,(c)1.0,(d)1.5,(e)2.0,and(f)2.5wt.%PAN solutions.,The thicknesses of CNS anodes spin-coated at various PAN concentrations were 0.8 nm at 0.1 wt.%,1.6 nm at 0.5 wt.%,4.6 nm at 1.0 wt.%,7.9 nm at 1.5 wt.%,13 nm at 2.0 wt.%,and 19 nm at 2.5 wt.%,respectively.,(a)
7、Sheet resistance and film thickness as functions of the PAN concentration.(b)Optical transmission spectra of CNS films as functions of the PAN concentration.The inset shows conductivities of CNS films as functions of the PAN concentration.,FF与Rs和Rsh有关CNS薄膜较厚时透射率下降，比较薄的CNS薄膜使得活性层中的光子数量增加，从而激子和电流会增加。在
8、欧姆接触的情况下，Voc是有给体HOMO和受体LUMO能级决定。,总结,本文在石英基底旋涂溶于DMF的PAN，经过环化、碳化等系列措施，产生CNS透明导电薄膜，以这种薄膜为电极制备BHJ有机太阳能电池。比一般的石墨烯导电薄膜制备的太阳能电池效率高(1.76%)。,参考文献,D.S.Hecht,L.Hu,and G.Irvin,Adv.Mater.23,1482(2011).S.-I.Na,S.-S.Kim,J.Jo,and D.-Y.Kim,Adv.Mater.20,4061(2008).Y.Xia,K.Sun,and J.Ouyang,Adv.Mater.24,2436(2012).J.-S
9、.Yeo,J.-M.Yun,D.-Y.Kim,S.Park,S.-S.Kim,M.-H.Yoon,T.-W.Kim,and S.-I.Na,ACS Appl.Mater.Interfaces 4,2551(2012).C.-H.Chung,T.-B.Song,B.Bob,R.Zhu,H.-S.Duan,and Y.Yang,Adv.Mater.24,5499(2012).Z.Wu,Z.Chen,X.Du,J.M.Logan,J.Sippel,M.Nikolou,K.Kamaras,J.R.Reynolds,D.B.Tanner,A.F.Hebard,and A.G.Rinzler,Scienc
10、e 305,1273(2004).MEDLINEK.S.Kim,Y.Zhao,H.Jang,S.Y.Lee,J.M.Kim,K.S.Kim,J.-H.Ahn,P.Kim,J.-Y.Choi,and B.H.Hong,Nature 457,706(2009).MEDLINEX.Wan,G.Long,L.Huang,and Y.Chen,Adv.Mater.23,5342(2011),Immerse precipitation as an efficient protocol to optimize morphology and performance of organic solar cells
11、一种有效地优化有机太阳能电池形貌和性能的方法浸没沉淀法,对于体异质结太阳能电池，有机层的薄膜形貌对于器件性能的影响是很大的，因此，退火1、添加剂2、预聚集3以及界面工程4,5等方法被研究以形成理想的薄膜形貌。此外，对传统的旋涂过程中，溶剂的处理也是一个很重要的因素，一般低沸点的溶剂可以直接挥发至空气中，但是对于沸点较高的溶剂，在高温烘烤的同时，也可以采用两相分离-萃取的方法来去除（通过使用一种与溶剂相溶解，但是与有机层不溶的溶剂）。,Appl.Phys.Lett.101,233306(2012),Immerse precipitation(IP)浸没沉淀法详解(1)旋涂(2)薄膜1，含有CF(
12、氯仿)、DIO(二碘辛烷)(3)CF蒸发(4)薄膜2，含有DIO(5)滴入soaking solvent(6)DIO被浸泡液溶解后，在旋涂过程中通过离心力作用被去除,APPLIED PHYSICS LETTERS 101,233306(2012),实验：器件结构：ITO/PEDOT:PSS/PCTDPP:PCBM/Al，ITO面电阻8.5/,异丙醇、丙酮、酒精超声清洗，再经过紫外臭氧清洁，PEDOT:PSS旋涂在ITO表面，转速3000rpm，大气中150C 烘焙15分钟。12.5mgPCTDPP:PCBM(1:1.5wt.%)溶入1mlCF:DIO(100:2vol.%),40oC 搅拌14
13、小时，1000rpm旋涂，活性层厚度经AFM测试80nm，最后蒸发Al电极。.,器件的电流-电压特性：(Glass/ITO/PEDOT:PSS/PCTDP:PCBM/Al)传统旋涂方法(A);浸没沉淀法，甲醇作为浸泡溶剂(B);酒精作为浸泡溶剂(C);异丙醇做浸泡溶剂(D).,FIG.3.器件表面粗糙度(a)A,(b)B,(c)C,and(d)D;器件活性层相位图(e)A,(f)B,(g)C,and(h)D.插图(c)表明存在针孔。,FIG.4.UV-visible absorption spectra of active layers from device A,B,C,and D.,与传统
14、的旋涂方法制备的薄膜不同，用浸没沉淀法使得有机层得到固化，通过使用选择性溶解的浸泡溶剂来溶解高沸点的DIO，能够形成更好的薄膜表面形貌，同时，器件性能也得到优化。,1G.Li,V.Shrotriya,J.Huang,Y.Yao,T.Moriarty,K.Emery,and Y.Yang,Nat.Mater.4(11),864(2005).2J.Kwan Lee,W.L.Ma,C.J.Brabec,J.Yuen,J.S.Moon,J.Y.Kim,K.Lee,G.C.Bazan,and A.J.Heeger,J.Am.Chem.Soc.130(11),3619(2008).3L.Zuo,X.Hu,
15、T.Ye,T.Andersen,H.Li,M.Shi,M.Xu,J.Ling,Q.Zheng,J.Xu,E.Bundgaard,F.C.Krebs,and H.Z.Chen,J.Phys.Chem.C 116(32),1689316900(2012).4Y.Sun,S.Chien,H.Yip,K.Chen,Y.Zhang,J.A.Davies,F.Chen,B.Lin,and A.K.Y.Jen,J.Mater.Chem.22(12),55875595(2012).5L.Zuo,X.Jiang,L.Yang,M.Xu,Y.Nan,Q.Yan,and H.Z.Chen,Appl.Phys.Lett.99(18),183306(2011),参考文献,
