Name: well-aligned vertically oriented zno nanorod arrays and their application in inverted small molecule solar cells
Uploaded: 2018-04-25T12:30:00
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Les auteurs tiennent à remercier le Conseil National des sciences de Chine pour le soutien financier de cette recherche sous le contrat no. La plupart 106-2221-E-239-035 et la plupart 106-2119-M-033-00.

1. croissance de couche AZO graine pulvérisée sur substrat de ITO
<ol><li>Coller les 4 morceaux de ruban de protection contre la corrosion (0,3 x 1,5 cm) sur un côté du substrat indium tin oxide (ITO) pour former un carré (1,5 x 1,5 cm). Mettre l’ITO en acide chlorhydrique pendant 15 min à graver la surface exposée de l’ITO.</li>
	<li>Enlever le ruban et nettoyer l’échantillon en utilisant un sonicateur ; soniquer eau additionnée de désionisée (DI), acétone, éthanol, isopropanol à son tour de 30 mi...

<ol>
	<li>Dou, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tandem+polymer+solar+cells+featuring+a+spectrally+matched+low-bandgap+polymer.">Tandem polymer solar cells featuring a spectrally matched low-bandgap polymer.</a> Nat. Photonics. 6 (3), 180-185 (2012).</li><li>You, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+Oxide+Nanoparticles+as+an+Electron-Transport+Layer+in+High+Performance+and+Stable+Inverted+Polymer+Solar+Cells.">Metal Oxide Nanoparticles as an Electron-Transport Layer in High Performance and Stable Inverted Polymer Solar Cells.</a> Adv. Mater. 24 (38), 5267-5272 (2012).</li><li>Dou, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+Investigation+of+Benzodithiophene-+and+Diketopyrrolopyrrole-Based+Low-Bandgap+Polymers+Designed+for+Single+Junction+and+Tandem+Polymer+Solar+Cells.">Systematic Investigation of Benzodithiophene- and Diketopyrrolopyrrole-Based Low-Bandgap Polymers Designed for Single Junction and Tandem Polymer Solar Cells.</a> J. Am. Chem. Soc. 134 (24), 10071-10079 (2012).</li><li>Li, G., Zhu, R., Yang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+solar+cells.">Polymer solar cells.</a> Nat. Photonics. 6 (3), 153-161 (2012).</li><li>You, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+polymer+tandem+solar+cell+with+10.6%+power+conversion+efficiency.">A polymer tandem solar cell with 10.6% power conversion efficiency.</a> Nat. Commun. 4, 1446 (2013).</li><li>Chen, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Junction+Polymer+Solar+Cells+Exceeding+10%+Power+Conversion+Efficiency.">Single-Junction Polymer Solar Cells Exceeding 10% Power Conversion Efficiency.</a> Adv. Mater. 27 (6), 1035-1041 (2015).</li><li>Zhang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Developing+high-performance+small+molecule+organic+solar+cells+via+a+large+planar+structure+and+an+electron-withdrawing+central+unit.">Developing high-performance small molecule organic solar cells via a large planar structure and an electron-withdrawing central unit.</a> Chem. Commun. 53, 451-454 (2017).</li><li>Zhou, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conductive+Conjugated+Polyelectrolyte+as+Hole-Transporting+Layer+for+Organic+Bulk+Heterojunction+Solar+Cells.">Conductive Conjugated Polyelectrolyte as Hole-Transporting Layer for Organic Bulk Heterojunction Solar Cells.</a> Adv. Mater. 26 (5), 780-785 (2014).</li><li>Lin, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhance+the+light-harvesting+capability+of+the+ITO-free+inverted+small+molecule+solar+cell+by+ZnO+nanorods.">Enhance the light-harvesting capability of the ITO-free inverted small molecule solar cell by ZnO nanorods.</a> Opt. Express. 24 (16), 17910-17915 (2016).</li><li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution-processed+small-molecule+solar+cells:+breaking+the+10%+power+conversion+efficiency.">Solution-processed small-molecule solar cells: breaking the 10% power conversion efficiency.</a> Sci. Rep. 3, 3356 (2013).</li><li>Farahat, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+environmentally+compatible+molecular+solar+cells+processed+from+halogen-free+solvents.">Toward environmentally compatible molecular solar cells processed from halogen-free solvents.</a> J. Mater. Chem. A Mater. Energy Sustain. 4 (19), 7341-7351 (2016).</li><li>Lin, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+ITO-free+polymer+solar+cell.">Plasmonic ITO-free polymer solar cell.</a> Opt. Express. 22 (S2), A438-A445 (2014).</li><li>Donato, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RF+sputtered+ZnO-ITO+films+for+high+temperature+CO+sensors.">RF sputtered ZnO-ITO films for high temperature CO sensors.</a> Thin Solid Films. 517 (22), 6184-6187 (2009).</li><li>Lin, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sol-gel+processed+CuOx+thin+film+as+an+anode+interlayer+for+inverted+polymer+solar+cells.">Sol-gel processed CuOx thin film as an anode interlayer for inverted polymer solar cells.</a> Org. Electron. 11 (11), 1828-1834 (2010).</li><li>Vandewal, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+origin+of+the+open-circuit+voltage+of+polymer-fullerene+solar+cells.">On the origin of the open-circuit voltage of polymer-fullerene solar cells.</a> Nat. Mater. 8, 904-909 (2009).</li><li>Sharma, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=X-ray+diffraction:+a+powerful+method+of+characterizing+nanomaterials.">X-ray diffraction: a powerful method of characterizing nanomaterials.</a> Recent Research in Science and Technology. 4 (8), 77-79 (2012).</li><li>Huggett, J. M., Shaw, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+emission+scanning+electron+microscopy+a+high-resolution+technique+for+the+study+of+clay+minerals+in+sediments.">Field emission scanning electron microscopy a high-resolution technique for the study of clay minerals in sediments.</a> Clay Miner. 32, 197-203 (1997).</li><li>Lou, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+beam+homogenizing+system+design+for+photoluminescence.">Laser beam homogenizing system design for photoluminescence.</a> Appl. Opt. 53 (21), 4637-4644 (2014).</li><li>Huang, J. S., Lin, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influences+of+ZnO+sol-gel+thin+film+characteristics+on+ZnO+nanowire+arrays+prepared+at+low+temperature+using+all+solution-based+processing.">Influences of ZnO sol-gel thin film characteristics on ZnO nanowire arrays prepared at low temperature using all solution-based processing.</a> J. Appl. Phys. 103, 014304 (2008).</li><li>Leung, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+Management+with+Nanostructures+for+Optoelectronic+Devices.">Light Management with Nanostructures for Optoelectronic Devices.</a> J. Phys. Chem. Lett. 5, 1479-1495 (2014).</li><li>Lee, C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=White-light+electroluminescence+from+ZnO+nanorods/polyfluorene+by+solution-based+growth.">White-light electroluminescence from ZnO nanorods/polyfluorene by solution-based growth.</a> Nanotechology. 20 (42), (2009).</li></ol>

En utilisant l’intercalaire NRs, tant la Jsc et le FF des dispositifs peuvent être améliorées. Toutefois, la rugosité de surface de NRs influencera également les processus ultérieurs. Ainsi, l’orientation et la morphologie de surface des ORA doivent être manipulés avec précaution. Pendant une longue période, le sol-gel traitées ETL, comme TiO2 et ZnO étaient couramment utilisés dans les entreprises de sécurité privées en raison de leurs procédures simples. Toutefois, la cristall...

Dispositifs photovoltaïques organiques de (VPO) ont récemment subi une évolution remarquable dans l’application des énergies renouvelables. Ces dispositifs organiques présentent de nombreux avantages, y compris la compatibilité de la solution-process, faible coût, poids léger, souplesse, etc.1,2,3,4,5 , jusqu'à présent, piles solaires de polymère (PSC) avec une PCE de plus de 10 % ont été développés en utilisant les polymères conjugués mélangés avec PC71BM6. Comparativement à base de polymères de PSC, petites molécule axée sur les variétés à pollinisation libre (SM-variétés à pollinisation libre) ont attiré plus d’attention lorsqu’il s’agit de fabriquer des variétés à pollinisation libre en raison de leurs plusieurs avantages distincts, y compris les structures chimiques bien définies, de synthèse facile et de purification, et généralement plus élevé tension circuit ouvert (Voc)7,8,9. À l’heure actuelle, une structure 2D conjugué petite molécule SMPV1 (2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2':5,2''-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) avec BDT-T (benzo [1, 2-b:4, 5-b'] dithiophene) comme unité de base et 3-octylrodanine que le groupe fin d’électroattracteurs10 a été conçu et utilisé pour mélange avec PC71BM pour application prometteuse de variétés à pollinisation libre durable. Le PCE de photopiles classiques de petites molécules (SM-variétés à pollinisation libre) basée sur SMPV1 mélangé avec PC71BM a atteint plus de 8,0 %10,11.
Dans le passé, PSC pourrait être amélioré et optimisé en ajustant l’épaisseur de la couche active simplement. Cependant, contrairement aux entreprises de sécurité privées, SM-variétés à pollinisation libre ont en général une plus courte longueur de diffusion, qui limite considérablement l’épaisseur de la couche active. Par conséquent, pour augmenter encore plus la densité de courant courte (Jsc) de SM-variétés à pollinisation libre, utilisant la nanostructure12 ou SNR9 afin d’améliorer l’absorption optique des SM-variétés à pollinisation libre devenait nécessaire.
Parmi ces méthodes, la structure de NRs anti-reflet est généralement efficace pour récolter lumière du calque actif sur une large gamme de longueurs d’onde ; par conséquent, savoir comment faire pousser bien alignées verticalement orienté oxyde de zinc (ZnO) NRs est très critique. La rugosité de la surface de la couche de semences sous la couche de ZnO NRs a une grande influence sur l’orientation des tableaux NR ; par conséquent, afin d’y déposer les NRs bien orientées, la cristallisation de la couche de semence doit être précisément contrôlé9.
Dans cet ouvrage, les films AZO sont préparés par radio-fréquence (RF), technique de pulvérisation. Par rapport aux autres techniques, RF sputtering est connue pour être une technologie efficace qui est transférable à l’industrie pour qu’elle est une technique de dépôt fiable, qui permet la synthèse de haute pureté, uniforme, lisse et durable AZO minces à croître sur des substrats de grande surface. Utilisant le RF sputtering dépôts permet la formation de films AZO de haute qualité qui présentent une forte cristallisation avec réduction rugosité de surface. Par conséquent, dans la couche de croissance subséquente, les orientations des ORA sont fortement alignées, plus encore par rapport aux films de ZnO préparés par la méthode sol-gel. En utilisant cette technique, le PCE de l’inversé de petites molécules des cellules solaires basées sur des tableaux de ZnO NR orientées verticalement bien alignées peut atteindre 6,01 %.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>AZO target</td>
			<td>Ultimate Materials Technology Co., Ltd.</td>
			<td>none</td>
			<td>AZO (2 wt% Al2O3 in ZnO) , 3&#8221;&#968;x 3mmt 
			+ 3mmt Cu B/P + Bonding</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SMPV1</td>
			<td>Luminescence Technology Corp.</td>
			<td>1651168-29-4</td>
			<td>2,6-Bis[2,5-bis(3-octylrhodanine)-(3,3-dioctyl-2,2&#39;:5,2&#39;&#39;-terthiophene)]-4,8-bis((5-ethylhexyl)thiophen-2-yl)benzo[1,2-b:4,5-b&#39;]dithiophene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RF sputtering system</td>
			<td>Kao Duen Technology Co., Ltd</td>
			<td>none</td>
			<td>http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc Acetate Dihydrate</td>
			<td>J. T. Baker</td>
			<td>5970456</td>
			<td>4.39 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monoethanolamine</td>
			<td>J. T. Baker</td>
			<td>141435</td>
			<td>1.22 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-methoxyethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>109864</td>
			<td>40 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc Nitrate Hexahydrate</td>
			<td>J. T. Baker</td>
			<td>10196186</td>
			<td>1.49 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexamethylenetetramine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>100-97-0</td>
			<td>0.7 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Indium tin oxide (ITO)</td>
			<td>RiTdisplay</td>
			<td>none</td>
			<td>coated glass substrates (&#60;10 &#937; sq&#8211;1)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AFM</td>
			<td>Veeco</td>
			<td>Innova SPM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Nova 200 NanoSEM</td>
			<td>operation voltage: 10 kV</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XRD</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>D8 X-ray diffractometer</td>
			<td>2&#952; range: 10&#8211;90 &#176;; step size: 0.008 &#176;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PL</td>
			<td>Horiba</td>
			<td>Jobin-Yvon HR800</td>
			<td>excitation source: 325 nm UV Laser 20 mW</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>solar simulator</td>
			<td>Newport</td>
			<td>91192A</td>
			<td>AM 1.5G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precision Semiconductor Parameter Analyzer</td>
			<td>Keysight Technologies</td>
			<td>Agilent 4156C</td>
			<td>sweep from -1 to +1 V</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>toluene</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>108-88-3</td>
			<td>1 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PC71BM</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>609771-63-3</td>
			<td>11.25 mg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermal evaporation system</td>
			<td>Kao Duen Technology Co., Ltd</td>
			<td>Kao Duen PVD System</td>
			<td>http://www.kaoduen.com.tw/index.php?action=product</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7647-01-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MoO3</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>1313-27-5</td>
			<td>99.50%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silver ingot</td>
			<td>ADMAT Inc.</td>
			<td>none</td>
			<td>100.00%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thin Film Deposition Controller</td>
			<td>INFICON</td>
			<td>XTC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-corrosion tape (Polyimide Film)</td>
			<td>3M Taiwan Corporation</td>
			<td>none</td>
			<td>http://solutions.3m.com.tw/wps/portal/3M/zh_TW/InsulatingTape/home/product/Polyimide/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>spin-coater</td>
			<td>Chemat Technology, Inc</td>
			<td>KW-4A</td>
			<td>http://www.chemat.com/chematscientific/KW-4A.aspx</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

well-aligned vertically oriented zno nanorod arrays and their application in inverted small molecule solar cells

Cet article décrit comment concevoir et fabriquer efficace inversée des cellules solaires, qui reposent sur une molécule de petite conjuguée à deux dimensions (SMPV1) et [6,6] - phényl - C71-ester méthylique de l’acide butyrique (PC71BM), en utilisant des nanotiges de ZnO (SNR) cultivé sur une couche de graines de ZnO dopé Al (AZO) de haute qualité. Cellules solaires71BM SMPV1:PC inversé avec ZnO NRs qui poussaient sur les deux une couche de graine AZO transformés pulvérisée et sol-gel sont fabriqués. Par rapport à la couche mince AZO préparée par la méthode sol-gel, la couche mince pulvérisée AZO expose mieux cristallisation et rugosité de la surface inférieure, selon la diffraction des rayons x (DRX) et les mesures de force atomique microscope (AFM). L’orientation des ORA ZnO développées sur une couche de graine AZO pulvérisés montre mieux alignement vertical, ce qui est bénéfique pour le dépôt de la couche active ultérieure, formant des morphologies surfaces mieux. Généralement, la morphologie de la surface de la couche active domine principalement le facteur de remplissage des appareils (FF). Par conséquent, le SNA de ZnO bien alignées peut être utilisé pour améliorer la collecte de transporteur du calque actif et augmenter les FF des cellules solaires. En outre, comme une structure d’anti-reflet, il peut également être utilisé pour améliorer la récolte légère de la couche d’absorption, avec le rendement de conversion de puissance (PCE) de cellules solaires atteignant 6,01 %, plus élevé que le sol-gel base de cellules solaires avec un rendement de 4,74 %.

La structure en couches des dispositifs consistant en un substrat/AZO ITO (40 nm) / ZnO NRs couche, SMPV1:PC71BM (80 nm) / MoO3 (5 nm) documentation (150 nm) comme illustré à la Figure 1. En général, la couche de semence azoïques ou ZnO est largement utilisée pour servir de la couche de transport d’électrons (ETL) dans des dispositifs de PSC. En dehors de PSC, SM-variétés à pollinisation libre ont généralement une couche ac...

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Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells

Bien alignées verticalement orienté ZnO nanotige tableaux et leur Application en inversé petite molécule Solar Cells

Ce manuscrit décrit comment concevoir et fabriquer SMPV1:PC inversé efficace des cellules solaires71BM avec nanotiges de ZnO (NRs) cultivé sur une couche de graines de ZnO dopé Al (AZO) de haute qualité. Le bien alignées verticalement orienté ZnO roupies pièce hautes propriétés cristallines. L’efficacité de conversion énergétique des cellules solaires peut atteindre 6,01 %.

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule ...

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