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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저자 계약 번호 아래이 연구의 재정 지원에 대 한 중국의 국가 과학 위원회를 감사 하 고 싶습니다. 대부분 106-2221-E-239-035, 그리고 대부분 106-2119-M-033-00.

1. ITO 기판에 아조 스퍼터 씨앗 층의 성장
<ol><li>사각형 (1.5 x 1.5 cm)를 형성 하는 인듐 주석 산화물 (ITO) 기판의 한 면에 4 부식 방지 테이프 조각 (0.3 x 1.5 c m)를 스틱. 염 산 이토의 노출된 영역을 엣지를 15 분 동안에 이토를 넣어.</li>
	<li>테이프를 제거 하 고 청소 sonicator;를 사용 하 여 샘플 이온 (DI) 물, 아세톤, 에탄올, 그리고 30 분 동안 차례로 소 프로 파 놀과 sonicate. 압축 된 질소 총으로 패턴화 ?...

<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>

NRs interlayer를 이용 하 여 Jsc 와 소자의 FF 모두 개선할 수 있습니다. 그러나, NRs의 표면 거칠기 또한 후속 프로세스를 좌우할 것 이다. 따라서, 방향과 NRs의 표면 형태 해야 신중 하 게 조작할 수 있습니다. 티 오2 및 ZnO 했다 그들의 간단한 절차 때문에 Psc 사용 일반적으로 오랜 시간 졸-겔 ETL 처리. 그러나, 솔-젤 처리 층의 결정 화는 일반적으로 비정 질 유형, 그리고 층의 표면 형태?...

유기 태양 전지 (OPV) 장치 최근 놀라운 발전 신 재생 에너지 자원의 응용 프로그램에서 받은. 이러한 유기 장치는 솔루션 프로세스 호환성, 저렴 한 비용, 경량, 유연성, 등1,2,3,,45 지금까지를 포함 하 여 많은 이점이 있다 폴리머 태양 전지 (PSCs) 10%의 PCE PC71BM6혼합 활용 된 고분자를 이용 하 여 개발 되었습니다. 폴리머 기반 Psc에 비해, 작은 분자 기반 OPVs (SM-OPVs)가 관심을 끌었다 더 잘 정의 된 화학 구조, 손쉬운 합성 및 정화를 포함 하 여 그들의 여러 가지 장점으로 인해 OPVs를 날조에 관해서 그리고 일반적으로 높은 개방 회로 전압 (Voc)7,,89. 현재, 2 차원 구조 작은 분자 SMPV1 활용 (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) BDT t (benzo [1, 2-b:4, 5-b'] dithiophene) 코어 단위 및 3-octylrodanine 전자 철수 끝-그룹10 PC71BM 유망한 지속 가능한 OPVs 응용 프로그램을 설계 하 고 사용 혼합 되었습니다. 전통적인 작은 분자 태양 전지 (SM-OPVs) SMPV1 PC71BM과 혼합에 따라의 PCE는 8.010,11이상에 도달 했습니다.
과거에는, Psc 향상 된 고 활성 층의 두께 조정 하 여 최적화 될 수 있습니다. 그러나, PSCs, 달리 SM OPVs 짧은 확산 길이, 활성 층의 두께 크게 제한 일반적으로 있다. 따라서, SM-OPVs의 짧은 전류 밀도 J (sc)을 더욱 높이기 위해 SM OPVs의 광 흡수를 개선 하기 위해 나노 구조12 또는 NRs9 를 활용 하 여 필요한 되었다.
이러한 방법 중에서 반사 NRs 구조는 일반적으로 넓은 범위의 파장; 활성 레이어의 빛 수확에 대 한 효과적 따라서, 잘 정렬 된 세로 방향된 산화 아연 (ZnO) NRs를 성장 하는 방법을 알고 것은 매우 중요 합니다. ZnO NRs 레이어 아래 씨앗 층의 표면 거칠기는 NR 배열;의 방향에 큰 영향 따라서, 잘 지향된 NRs 예금, 씨앗 층의 결정 화 해야 정확 하 게 제어9합니다.
이 작품에서 아조 영화 theRadio 주파수 (RF) 기술을 스퍼터 링에 의해 준비 된다. 다른 기술에 비해, 그것에 대 한 업계에 게 양도할 수는 효율적인 기술 이다 신뢰할 수 있는 증 착 기술, 고 순도, 균일 한, 부드러운, 그리고 자체 지속 가능한 아조 박막 성장 합성 수 있는 것으로 알려져 있다 RF 스퍼터 링 이상 큰 면적 기판. RF 스퍼터 링 증 착을 이용 하 여 감소 된 표면 거칠기와 높은 결정 화 하는 고품질 아조 필름을 형성 수 있습니다. 따라서 이후의 성장 레이어에서는 NRs의 방향은 매우 정렬, 졸-겔 방법에 의해 준비 하는 ZnO 필름에 비해 더욱 그렇고. 이 기술을 사용 하면 세로 방향된 잘 정렬 된 ZnO NR 배열에 따라 거꾸로 작은 분자 태양 전지의 PCE 6.01%를 도달할 수 있다.

<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

이 원고 디자인과 효율적인 거꾸로 태양 전지, 2 차원 활용된 작은 분자 (SMPV1)에 근거 하는 조작 하는 방법에 설명 합니다 및 [6,6]-페 닐-C71-ZnO nanorods (NRs)을 이용 하 여 버터 산 메 틸 에스테 르 (PC71BM), 높은 품질 알 실수로 ZnO (AZO) 씨앗 층에 성장. 거꾸로 SMPV1:PC71BM 태양 전지 모두 스퍼터 링 및 졸-겔의 처리 아조 씨 계층에 ZnO NRs와 조작 됩니다. 졸-겔 방법에 의해 준비 된 AZO 박막에 비해, 스퍼터 AZO 박막 더 나은 결정 및 낮은 표면 거칠기, x 선 회절 (XRD) 및 원자 힘 현미경 (AFM) 측정을 전시 한다. 스퍼터 아조 씨앗 층에 성장 하는 ZnO NRs의 방향을 보여줍니다 더 나은 세로 맞춤, 더 나은 표면 형태학 형성 이후 활성 층의 증 착에 대 한 유용 합니다. 일반적으로, 활성 층의 표면 형태는 주로 장치 채우기 비율 (FF)를 지배 한다. 결과적으로, 활성 층의 캐리어 컬렉션을 개선 하 고 태양 전지의 FF를 증가을 잘 정렬 된 ZnO NRs는 사용할 수 있습니다. 또한, 반사 방지 구조, 그것은 또한 이용 될 수 있다 6.01%, 졸-겔 4.74의 효율을 가진 태양 전지를 기반으로 보다 높은 도달 하는 태양 전지의 전력 변환 효율 (PCE) 흡수 층의 빛 수확을 향상 시키기 위해 %.

소자의 계층된 구조는 ITO 기판/아조의 구성 (40 nm) / ZnO NRs 레이어, SMPV1:PC71BM (80 nm) /3 무 (5 nm) /Ag (150 nm) 그림 1에서 보듯이. 일반적으로, 아조 또는 산화 아연 시드 층 PSCs 장치에서 전자 전송 층 (ETL) 기능을 널리 사용 됩니다. Psc, 떨어져 SM-OPVs는 보통 짧은 확산 길이8에 의해 제한 된 짧은 활성 레이어가 있다. 따라서, ?...

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

잘 정렬 된 수직 지향 ZnO Nanorod 배열 및 그들의 응용 프로그램에서 반전 된 작은 분자 태양 전지

이 원고에서는 디자인과 고품질 알 실수로 ZnO (AZO) 씨앗 층에 성장 하는 ZnO nanorods (NRs)와 효율적인 거꾸로 SMPV1:PC71BM 태양 전지를 조작 하는 방법을 설명 합니다. 잘 정렬 된 수직으로 ZnO NRs 전시 높은 결정 속성 지향. 전력 변환 효율의 태양 전지는 6.01%를 도달할 수 있다.

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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