LiF de 5 nm como uma camada tampão de cátodo eficiente em células solares de polímero por meio da simples introdução de uma camada intermediária C60

Resumo

O fluoreto de lítio (LiF) é uma camada tampão catódica (CBL) eficiente e amplamente usada em células solares de polímero de heterojunção (PSCs). A espessura do LiF é normalmente limitada a 1 nm devido à sua propriedade insultuosa. Essa espessura pequena é difícil de controlar com precisão durante a deposição térmica e, mais importante, LiF de 1 nm de espessura não pode fornecer proteção suficiente para a camada ativa subjacente. Aqui, demonstramos a aplicação de um LiF muito espesso como CBL sem sacrificar a eficiência do dispositivo, simplesmente inserindo um C ₆₀ camada entre a camada ativa e a camada LiF. Os dispositivos com C ₆₀ / LiF (5 nm) CBLs duplos exibem uma eficiência de conversão de energia de pico (PCE) de 3,65%, que é duas vezes maior do que (1,79%) do dispositivo somente LiF (5 nm). O desempenho superior do C ₆₀ / Dispositivos baseados em LiF (5 nm) são atribuídos principalmente à boa condutividade elétrica do C ₆₀ / LiF (5 nm) bicamada, decorrente da mistura ocorrida no C ₆₀ Interface / LiF. Além disso, a formação de um P3HT / C ₆₀ subcélula e o efeito espaçador óptico de C ₆₀ também contribuem para o aumento da densidade de corrente de curto-circuito ( J _sc ) do dispositivo. Com o aumento da espessura de LiF para 8 nm, um PCE de 1,10% é obtido para o C ₆₀ / Dispositivo baseado em LiF, enquanto o desempenho fotovoltaico insignificante é observado para o dispositivo somente LiF. Em suma, nossos resultados mostram que C ₆₀ A bicamada / LiF é uma alternativa promissora à camada única de LiF devido a sua alta tolerância às variações de espessura de LiF.

Histórico

Células solares de polímero de heterojunção em massa (PSCs) processadas em solução têm recebido atenção crescente nas últimas décadas devido às suas vantagens potenciais, como baixo custo, peso leve e possibilidade de fabricar dispositivos em grande escala, flexíveis e semitransparentes [1,2,3 , 4,5]. De longe, a eficiência de conversão de energia relativamente baixa (PCE) em comparação com as células solares à base de silício ainda é uma limitação importante que impede sua aplicação prática. Para alcançar a comercialização desta tecnologia promissora, extensos esforços de pesquisa têm se concentrado em aumentar a eficiência das unidades de atendimento. Até agora, PCEs na faixa de 11–13% foram demonstrados, principalmente devido ao desenvolvimento de novos materiais doadores de polímero conjugado e aceitadores não-fulerenos [6,7,8,9,10,11,12]. Além disso, a introdução da camada tampão ânodo / cátodo entre a camada ativa e o eletrodo fornece outro meio eficiente para melhorar o desempenho do dispositivo [13,14,15,16,17,18,19,20,21].

Os PSCs podem ser divididos em estruturas convencionais e invertidas de acordo com o fato de o eletrodo de óxido de índio-estanho (ITO) servir como ânodo ou cátodo. Para os PSCs convencionais com ITO como ânodo, um metal de baixa função de trabalho, como Ca é comumente usado como camada tampão de cátodo (CBL) para reduzir a função de trabalho do cátodo (por exemplo, Al, Ag). No entanto, o Ca é facilmente oxidado quando exposto ao ar, resultando em baixa estabilidade dos dispositivos. Outro CBL amplamente utilizado em PSCs é o fluoreto de lítio (LiF), que demonstrou melhorar o desempenho do dispositivo através da formação de um dipolo interfacial na interface do cátodo [22]. No entanto, a espessura do LiF é limitada a menos de 2 nm (geralmente ~ 1 nm) devido à sua propriedade isolante [23, 24]. Uma espessura tão pequena é muito difícil de ser controlada por meio de deposição térmica. Além disso, LiF de 1 nm de espessura não pode fornecer proteção suficiente para a camada ativa subjacente durante a evaporação de átomos de metal quente [17, 25].

Para resolver esses problemas, relatamos anteriormente cinco pilhas de C ₆₀ / LiF CBL, que melhorou substancialmente a eficiência e estabilidade do dispositivo de PSCs devido à sua boa condutividade elétrica, embora um LiF muito espesso tenha sido usado [26]. No entanto, o C ₆₀ de cinco pilhas / O filme LiF foi preparado por deposição alternada de C ₆₀ e camadas LiF. Este processo de preparação é muito complicado e demorado, e aumenta significativamente o custo de fabricação do dispositivo. Neste trabalho, adotamos um C ₆₀ / LiF bicamada como CBL para obter o mesmo efeito que C de cinco pilhas ₆₀ / LiF CBL. Depois de depositar um C ₆₀ camada antes da evaporação de LiF, um LiF espesso pode ser usado sem sacrificar a eficiência do dispositivo. Os PSCs com C ₆₀ / LiF CBLs duplos mantiveram um PCE de ~ 3% em uma ampla faixa de espessura de LiF (1 ~ 6 nm) e mostraram um PCE de 1,10% mesmo em um LiF muito espesso, 8 nm. Em contraste, os PSCs com CBL único de LiF exibiram uma diminuição rápida de PCE com o aumento da espessura de LiF e tiveram um desempenho fotovoltaico insignificante em espessura de LiF de 8 nm. Além disso, o pico de eficiência (3,77%) de C ₆₀ / Dispositivos baseados em LiF é ~ 23% maior do que (3,06%) do dispositivo somente LiF. Tomados em conjunto, esses resultados indicam que C ₆₀ / A bicamada LiF é uma candidata mais promissora como CBL em comparação com a camada LiF única.

Métodos

Fabricação de PSCs

Substratos de vidro revestidos com ITO (Delta Technologies, LTD) foram limpos em acetona e álcool isopropílico (IPA) sob sonicação por 5 min cada e, em seguida, tratados por O ₂ plasma por 60 s para gerar a superfície hidrofílica. A solução filtrada de poli (3,4-etilenodioxitiofeno):poli (estirenossulfonato) (PEDOT:PSS) (HC Starck, Clevios PH 500) foi revestida por rotação sobre os substratos de vidro / ITO limpos a uma velocidade de 2.000 rpm por 50 s, seguido de cozimento a 110 ° C por 20 min sob atmosfera de nitrogênio. Posteriormente, as amostras foram transferidas para um N ₂ - porta-luvas purgado (<0,1 ppm O ₂ e H ₂ O) para revestimento por rotação da camada fotoativa.

P3HT (Rieke Metals Inc., 4002-EE, 91-94% de regioregularidade) e PCBM (American Dye Source, pureza> 99,5%) foram dissolvidos em clorobenzeno com uma proporção em peso de 1:1. A solução misturada foi filtrada usando um filtro de 0,45 μm e então revestida por rotação no topo da camada PEDOT:PSS a 1000 rpm por 50 s, seguido por recozimento térmico a 130 ° C por 20 min, que produziu um ~ 160-nm- camada ativa espessa medida usando um perfilador de superfície Dektek. O C ₆₀ , LiF e eletrodo de Al (75 nm) foram sequencialmente depositados por evaporação térmica a uma pressão de base de 1 × 10 ^{- 6} mbar. A taxa de deposição e a espessura do filme foram monitoradas com um sensor de cristal de quartzo. Uma máscara de sombra circular de 1 mm de diâmetro foi colocada na amostra para definir a área ativa antes da deposição de Al.

Caracterização

A tensão-densidade de corrente ( J - V ) características foram medidas usando um sistema Keithley 2400 sob iluminação solar simulada Air Mass 1.5 Global (AM 1.5 G) a uma intensidade de 100 mW / cm ² , que foi calibrado por um medidor de energia (OPHIR, Nova-Oriel) e uma célula solar de silício de referência. As medições foram realizadas com os PSCs dentro do porta-luvas. As imagens do microscópio de força atômica (AFM) foram tiradas com um Veeco Dimension-Icon AFM operado no modo de toque. Os espectros de absorção foram obtidos usando um espectrofotômetro Varian Cary 50 UV / Vis. Extração de carga induzida por foto por medições de voltagem linearmente crescente (Foto-CELIV) foram realizadas em PSCs sob condições ambientais. A pulsado N ₂ laser (337,1 nm, 1,4 ns) foi usado para gerar os portadores de carga, que foram então extraídos por uma rampa de tensão de polarização reversa que foi aplicada após um tempo de atraso de 100 μs. Os transientes de corrente foram registrados usando um osciloscópio de armazenamento digital (impedância de entrada de 50 Ω). Durante e após a iluminação, uma tensão de deslocamento foi aplicada para compensar o potencial embutido dos dispositivos, o que evita uma fotocorrente inicial antes da aplicação da rampa de tensão. A mobilidade dos portadores pode ser calculada de acordo com a seguinte equação [27, 28]:
$$ \ mu =\ frac {2 {d} ^ 2} {3 {At} _ {\ mathrm {max}} ^ 2 \ left [1 + 0,36 \ frac {\ varDelta j} {j (0)} \ direita]} $$ (1)
onde μ é a mobilidade da portadora de carga, d é a espessura da camada ativa, A é a velocidade de aumento da tensão, t _máximo é o momento em que a corrente de extração atinge o valor máximo, ∆ j é a altura atual do pico de extração e j (0) é a corrente de deslocamento da capacitância.

Resultados e discussão

A Figura 1 mostra o J - V características, registradas em 100 mW / cm ² iluminação (AM 1,5 G), dos PSCs com e sem diferentes espessuras de C ₆₀ imprensado entre a camada ativa e a camada de LiF de 5 nm de espessura. O dispositivo sem o C ₆₀ camada mostra a curva em forma de S, resultando no baixo fator de preenchimento (FF) e, portanto, o baixo PCE, apesar da densidade de corrente de curto-circuito típica ( J _sc ) e tensão de circuito aberto ( V _oc ) O FF baixo é racionalizado em termos da propriedade isolante do LiF, que bloqueia a injeção / extração de elétrons quando a camada de LiF é muito espessa e, portanto, leva à grande resistência em série ( R _s ) e pequena resistência de shunt ( R _sh ) do dispositivo conforme mostrado na Tabela 1 ( R _s e R _sh foram calculados a partir da inclinação inversa da foto J - V curva a 0 mA / cm ² e 0 V, respectivamente). Quanto ao J _sc , o valor normal (9,23 mA / cm ² ) implica que o campo elétrico embutido dentro do dispositivo (da diferença de função de trabalho entre o ânodo e o cátodo) é suficiente para promover o transporte de elétrons através de LiF (5 nm) CBL por tunelamento. Após a introdução de C ₆₀ com 3 nm de espessura camada entre as camadas P3HT:PCBM e LiF (5 nm), a forma de S desaparece e o FF aumenta significativamente de 32,4 para 56,3%. O FF aumentado surge do R reduzido _s , o que implica que o C ₆₀ A bicamada (3 nm) / LiF (5 nm) possui melhor condutividade elétrica do que a camada única de LiF (5 nm). Com o aumento de C ₆₀ espessura, o FF primeiro aumenta, atingindo um valor máximo de 67% a 8 nm e, em seguida, diminui ligeiramente com o aumento de C ₆₀ grossura. Devido à recuperação do FF, o C ₆₀ / Dispositivos baseados em LiF (5 nm) mostram um PCE máximo de 3,65%, que é duas vezes maior do que (1,79%) do dispositivo somente LiF (5 nm). Para demonstrar a reprodutibilidade dos resultados, os parâmetros fotovoltaicos médios e desvios-padrão dos dispositivos estudados foram calculados a partir de um lote de cinco dispositivos, conforme mostrado no Arquivo Adicional 1:Tabela S1. Para cada dispositivo, todos os parâmetros, incluindo J _sc , V _oc , FF e PCE são altamente reprodutíveis com pouca variação, o que valida a confiabilidade dos resultados apresentados na Tabela 1.

J - V características, registradas em 100 mW / cm ² iluminação (AM 1,5 G), dos PSCs com e sem diferentes espessuras de C ₆₀ inserido entre P3HT:PCBM e camada LiF de 5 nm de espessura

Para descobrir as razões que levam ao FF alto para o C ₆₀ / PSCs baseados em LiF (5 nm), medições de AFM foram realizadas para examinar a morfologia da camada de LiF no C ₆₀ superfície. A Figura 2 mostra as imagens de altura (superior) e de fase (inferior), gravadas pelo modo de toque AFM, do P3HT:filmes PCBM sem e com o C ₆₀ (35 nm), LiF (5 nm) e C ₆₀ (35 nm) / camadas de LiF (5 nm) depositadas no topo (tamanho da imagem 500 nm × 500 nm). O filme P3HT:PCBM original exibe uma superfície muito lisa com uma baixa rugosidade quadrada média (rms) de 0,81 nm (imagem de altura) e mostra domínios cristalinos fibrilares de P3HT (imagem de fase) [29]. Após depositar C ₆₀ com 35 nm de espessura e LiF de 5 nm de espessura no topo, a rugosidade rms aumenta para 1,36 e 1,67 nm, respectivamente. Embora não haja diferença significativa na rugosidade rms entre o C ₆₀ superior e camadas de LiF, as morfologias de superfície desses dois filmes são muito diferentes. O C ₆₀ de 35 nm de espessura mostra agregados maiores (formato esférico) em comparação com LiF de 5 nm de espessura, o que também pode ser observado em suas imagens de fase. Ao depositar o C ₆₀ (35 nm) / bicamada LiF (5 nm) no filme P3HT:PCBM, ambos C ₆₀ (tamanho grande) e agregados LiF (tamanho pequeno) são observados, indicando que o C ₆₀ subjacente camada não é completamente coberta por LiF de 5 nm de espessura. Portanto, alguma mistura ocorre no C ₆₀ / Interface LiF, que resulta na boa condutividade elétrica de C ₆₀ / LiF (5 nm) bicamada considerando o caminho de percolação formado por C ₆₀ moléculas.

Imagens de altura (superior) e de fase (inferior) do modo de toque AFM de P3HT:PCBM, P3HT:PCBM / C ₆₀ (35 nm), P3HT:PCBM / LiF (5 nm) e P3HT:PCBM / C ₆₀ (35 nm) / filmes LiF (5 nm). As rugosidades quadradas médias (rms) correspondentes são 0,81, 1,36, 1,67 e 2,18 nm, respectivamente

Para investigar melhor a influência do C ₆₀ / LiF CBLs duplos no desempenho do dispositivo de PSCs, corrigimos o C ₆₀ espessura no valor ótimo de 25 nm, mudando a espessura de LiF de 0,5 para 8 nm. Para efeito de comparação, os dispositivos com LiF single CBL também foram fabricados. A Figura 3 mostra o J - V características, registradas em 100 mW / cm ² iluminação (AM 1.5 G), dos PSCs usando LiF único e C ₆₀ / LiF CBLs duplos com espessuras variadas de LiF. Os parâmetros fotovoltaicos correspondentes dos dispositivos estão resumidos na Tabela 2. Os dispositivos com LiF single CBL têm um PCE máximo de 3,06% na espessura LiF ideal de 1 nm. O aumento adicional da espessura leva a uma diminuição rápida no PCE para 0,79% a 6 nm e 0,06% a 8 nm. Em contraste, os dispositivos com C ₆₀ (25 nm) / CBLs duplos de LiF exibem desempenho melhorado com uma eficiência de pico de 3,77% na espessura de LiF de 1 nm. Mais importante, conforme a espessura aumenta para 6 e 8 nm, PCEs de 2,65 e 1,10% são atingidos, respectivamente, que são significativamente maiores do que aqueles de dispositivos somente LiF. Deve-se mencionar que os resultados apresentados na Tabela 2 também são altamente reprodutíveis, conforme demonstrado pelos desvios-padrão muito pequenos dos parâmetros característicos do dispositivo (Arquivo adicional 1:Tabela S2). Por exemplo, o desvio padrão da eficiência do dispositivo é inferior a 0,2% (0,1% para a maioria dos dispositivos), indicando alta reprodutibilidade. Além disso, o PCE médio apresenta a mesma tendência observada na Tabela 2, o que implica que a comparação da eficiência entre os diferentes grupos é confiável.

J - V características, registradas em 100 mW / cm ² iluminação (AM 1,5 G), dos PSCs usando a LiF único e b C ₆₀ (25 nm) / CBLs duplos de LiF com diferentes espessuras de LiF

Conforme mostrado na Tabela 2, a melhoria no PCE para o C ₆₀ (25 nm) / PSCs baseados em LiF surgem principalmente do aumento em FF e J _sc devido ao R reduzido _s . Para entender melhor o R _s redução, investigamos as propriedades de transporte de carga da camada única de LiF e C ₆₀ / Bicamada LiF usando a técnica foto-CELIV [30, 31]. Arquivo adicional 1:A Figura S1 mostra os transientes de corrente do foto-CELIV, registrados em várias velocidades de aumento de tensão, para os PSCs com o LiF único e C ₆₀ / LiF CBLs duplos. No foto-CELIV, o tempo máximo de extração atual ( t _máximo ) é usado para estimar a mobilidade do portador de carga de acordo com a Eq. 1 [27]. As mobilidades calculadas do dispositivo somente LiF (6 nm) são 3,71, 3,40 e 3,59 × 10 ^{- 5} cm ² V ^{- 1} s ^{- 1} para as inclinações de tensão de 10, 20 e 30 kV / s, respectivamente, o que implica que a mobilidade é independente da velocidade de subida da tensão. Em contraste, as mobilidades estimadas do C ₆₀ (25 nm) / dispositivo baseado em LiF (6 nm) são 3,81, 3,56 e 3,09 × 10 ^{- 4} cm ² V ^{- 1} s ^{- 1} para as inclinações de tensão de 10, 20 e 30 kV / s, respectivamente, que são uma ordem de magnitude mais altas do que aquelas do dispositivo somente LiF (6 nm). O aumento da mobilidade após a introdução de um C ₆₀ camada pode ser atribuída à melhor condutividade elétrica decorrente da mistura ocorrida no C ₆₀ Interface / LiF. Além disso, é notado que o pico de foto-CELIV para o dispositivo somente LiF (6 nm) é mais amplo do que para o C ₆₀ (25 nm) / dispositivo baseado em LiF (6 nm), que indica um transporte de carga mais dispersivo resultante do maior desequilíbrio entre as mobilidades de elétron e buraco [32, 33]. Esse desequilíbrio é atribuído à mobilidade de elétrons extremamente baixa para o dispositivo apenas de LiF (6 nm), considerando que a extração de elétrons é bloqueada pela camada espessa de LiF. Os elétrons acumulados na interface P3HT:PCBM / LiF filtram o campo elétrico aplicado e, assim, diminuem a taxa de extração de carga no dispositivo. Em contraste, o pico estreito para C ₆₀ (25 nm) / dispositivo baseado em LiF (6 nm) implica em mobilidades balanceadas de elétrons e lacunas, bem como a extração aprimorada de elétrons devido à boa condutividade do C ₆₀ (25 nm) / bicamada LiF (6 nm).

Além da melhora significativa no FF, o J _sc é ligeiramente melhorado após a incorporação de C ₆₀ (25 nm) camada. Considerando que o filme de mistura P3HT:PCBM revestido de rotação consiste em uma região rica em P3HT próxima à superfície superior [34, 35], especulamos que os excitons gerados nesta região podem ser dissociados no P3HT / C ₆₀ interface para C ₆₀ (25 nm) / dispositivos baseados em LiF, o que leva ao aumento de J _sc em comparação com os dispositivos sem o C ₆₀ intercamada. Para verificar essa especulação, fabricamos os PSCs com uma estrutura de dispositivo de ITO / PEDOT:PSS / P3HT / C ₆₀ (25 nm) / LiF / Al, onde a espessura do P3HT é variada de 5 a 100 nm. A Figura 4 mostra o J-V características desses dispositivos abaixo de 100 mW / cm ² iluminação (AM 1,5 G) e os parâmetros fotovoltaicos correspondentes estão resumidos no Arquivo adicional 1:Tabela S3. Verifica-se que o J _sc de P3HT / C ₆₀ As células solares baseadas em células aumentam conforme a espessura do P3HT diminui, o que é racionalizado em termos do comprimento de difusão do exciton limitado no P3HT (~ 10 nm). O J _sc atinge um valor máximo de 1,34 mA / cm ² na espessura P3HT de 10 nm e então cai com a diminuição posterior da espessura para 5 nm devido à absorção insuficiente. Como mencionado acima, como P3HT / C ₆₀ a subcélula é provavelmente formada após o depósito de C ₆₀ de 25 nm de espessura no topo da camada ativa P3HT:PCBM, que resulta em 1,34 mA / cm ² aumento em J _sc sob condições ideais para C ₆₀ / Dispositivos baseados em LiF [36]. Comparando o J _sc valores dos dispositivos com e sem o C ₆₀ (25 nm) interlayer, o aprimoramento em J _sc é cerca de 1 mA / cm ² (exceto para os dispositivos baseados em LiF (8 nm)), o que é consistente com nossa especulação.

J - V características dos PSCs com a estrutura do dispositivo de ITO / PEDOT:PSS / P3HT ( x nm) / C ₆₀ (25 nm) / LiF (1 nm) / Al usando diferentes espessuras de P3HT

Depois de introduzir um C ₆₀ camada entre as camadas P3HT:PCBM e LiF, a distribuição do campo óptico dentro da célula solar é provavelmente alterada, o que causará a variação em J _sc [26, 37]. Para investigar este efeito, primeiro simulamos a intensidade do campo elétrico dentro da camada ativa P3HT:PCBM para os dispositivos com e sem o C ₆₀ intercamada. Conforme mostrado no arquivo adicional 1:Figura S2a, a intensidade do campo integrado para os dispositivos que incorporam um C ₆₀ camada é mais fraca na região de comprimento de onda curto e mais forte na região de comprimento de onda longo em comparação com o dispositivo sem C ₆₀ intercamada. Esta tendência se torna mais notável e, simultaneamente, um desvio para o vermelho é observado com o aumento de C ₆₀ grossura. Arquivo adicional 1:A Figura S2b mostra os espectros de absorção do prístino C ₆₀ e os filmes P3HT:PCBM com e sem diferentes CBLs depositados no topo. Comparando os espectros de absorção de P3HT:PCBM / C ₆₀ (25 nm) com e sem LiF de 8 nm de espessura, as duas curvas se sobrepõem quase completamente, indicando que o LiF não absorve luz visível. Por outro lado, o P3HT:PCBM / C ₆₀ os filmes têm maior absorção nas faixas de comprimento de onda de 400 ~ 510 nm e 580 ~ 680 nm quando comparados ao filme P3HT:PCBM puro. Este aumento de absorção torna-se mais pronunciado com o aumento de C ₆₀ grossura. Intuitivamente, o aumento de absorção na faixa de comprimento de onda de 400 ~ 510 nm surge do C ₆₀ absorção (400 ~ 550 nm). Arquivo adicional 1:A Figura S2c mostra os espectros de eficiência de conversão de fóton-corrente (IPCE) incidente dos PSCs com LiF (5 nm) simples e C ₆₀ (25 nm) / LiF (5 nm) CBLs duplos. Comparado com o dispositivo somente LiF, o dispositivo com C ₆₀ / LiF CBLs duplos tem um IPCE inferior nos comprimentos de onda curtos devido à absorção parasitária no C ₆₀ filme, e mostra um IPCE mais alto em comprimentos de onda longos, devido ao efeito espaçador óptico, bem como a contribuição de P3HT / C ₆₀ subcélula.

Da Tabela 2, percebe-se que o C ₆₀ (25 nm) / dispositivo baseado em LiF (8 nm) exibe um PCE baixo de 1,10%, embora essa eficiência ainda seja muito maior do que (0,06%) do dispositivo somente LiF (8 nm). O baixo PCE é o resultado do pequeno J _sc e FF, que é causado pelo grande R _s . Como discutido acima, o C ₆₀ (35 nm) / LiF (5 nm) filme tem boa condutividade elétrica devido à formação da morfologia mista entre C ₆₀ e camadas LiF (ver Fig. 2). Para descobrir o motivo da alta resistência do C ₆₀ (25 nm) / LiF (8 nm) filme, medições de AFM foram realizadas em P3HT:filmes PCBM sem e com o C ₆₀ (25 nm), LiF (8 nm) e C ₆₀ (25 nm) / camadas de LiF (8 nm) depositadas no topo. Conforme mostrado no arquivo adicional 1:Figura S3, grandes agregados esféricos são formados no C ₆₀ (25 nm), enquanto agregados relativamente pequenos são formados no filme LiF (8 nm), que é semelhante à observação na Fig. 2. Ao depositar LiF de 8 nm de espessura no topo do C ₆₀ (25 nm) camada, a morfologia (pequenos agregados) é muito semelhante à do filme LiF puro, indicando que o C ₆₀ subjacente os agregados são completamente cobertos por LiF de 8 nm de espessura. Portanto, especulamos que um LiF espesso se acumula no topo do C ₆₀ (25 nm) / Filme de bicamada LiF (8 nm), que dificulta a extração de elétrons e, portanto, leva ao alto R _s do dispositivo.

Conclusões

Em resumo, demonstramos que um LiF espesso pode ser usado como CBL em P3HT:PSCs baseados em PCBM, simplesmente introduzindo um C ₆₀ camada entre a camada ativa e a camada LiF. Os dispositivos com C ₆₀ / LiF (5 nm) CBLs duplos exibem uma eficiência de pico de 3,65%, enquanto o dispositivo somente LiF (5 nm) mostra um PCE duas vezes menor de 1,79%. O desempenho aprimorado do dispositivo resulta principalmente do alto FF devido à boa condutividade elétrica do C ₆₀ / Bicamada LiF. Além disso, o J _sc também foi melhorado após a introdução de um C ₆₀ intercamada, que pode ser atribuída à contribuição de P3HT / C ₆₀ subcélula, bem como o efeito espaçador óptico de C ₆₀ . Aumentar ainda mais a espessura de LiF para 8 nm leva à rápida diminuição de PCE para 1,10 e 0,06% para o C ₆₀ / Dispositivo baseado em LiF e dispositivo somente LiF, respectivamente. O declínio no PCE do dispositivo com C ₆₀ / LiF (8 nm) CBLs duplos é causado pelo transporte de elétrons impedido, devido ao LiF acumulado no topo do C ₆₀ (25 nm) / bicamada LiF (8 nm). Ao todo, esses resultados indicam que o C ₆₀ / A bicamada LiF é um CBL mais promissor em comparação com a camada única LiF para a fabricação de PSCs altamente eficientes e em grande escala.

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