Влияние наноструктур фталоцианинов на оптические и фотовольтаические характеристики полимерного солнечного элемента
DOI:
https://doi.org/10.31489/2022No1/26-33Ключевые слова:
полупроводниковые полимеры, металофталоцианины, генерация и транспорт носителей заряда, фотовольтаикаАннотация
Получены нанокомпозитные полимерные солнечные ячейки. Наноструктуры фталоцианинов добавляли в смесь фотоактивного слоя в концентрации 0,5%. Фотоактивный слой наносился методом центрифугирования при скорости вращения 1500 обр/мин. Атомно-силовым микроскопом были измерены изображения поверхности пленок. Измерены спектры поглощения композитных пленок. Установлено, что внедрение наноструктур фталоцианинов в фотоактивный слой приводит к уширению спектра и возрастанию значения оптической плотности в максимуме поглощения в 2,1 раза для наностержней и 1,9 раз для наночастиц. Измерены вольт-амперные характеристики композитных органических солнечных ячеек. Для этого на поверхность фотоактивного слоя при 10-5 Торр напылялся алюминиевый электрод толщиной 100 нм. Показано, что при допировании фотоактивного слоя наностержнями и наночастицами фталоцианинов плотность тока короткого замыкания вольт – амперных характеристик увеличилась на 8% и 5% соответственно, а значение коэффициента полезного действия возросло до 4,58% и 4,51% соответственно. Измерены спектры импеданса композитных органических солнечных ячеек. Анализ годографов нанокомпозитных пленок показал, что допирование фотоактивного слоя наностержнями и наночастицами фталоцианинов приводит к увеличению длины диффузии в 2,2 раза и 1,8 раза соответственно и росту значения подвижности носителей заряда в 1,4 раза и 1,2 раза.
Библиографические ссылки
"1 Brau A., Farges J.P. Organic Semiconductors. Org. Conduct. Fundam. Appl. Marcel Dekker, 1994, pp.311–357.
Hohnholz D., Steinbrecher S., Hanack M. Applications of phthalocyanines in organic light emitting devices. Journal of Molecular Structure, 2000, Vol. 521, pp. 231-237. doi: 10.1016/S0022-2860(99)00438-X.
Itoh E., Ohmori Y., Miyairi K. Photovoltaic Properties of Organic p-n Junction Devices Consisting of Phthalocyanine and n-Type Porphyrin Deposited on an n-Type TiO2 Layer. Japanese J. Appl. Physics. Part 1 Regul. Pap. Short Notes Rev. Pap. 2004, Vol. 43, Is.2., pp 817-821. doi: 10.1143/JJAP.43.817.
Wagenpfahl A., Deibel C., Dyakonov V. Organic solar cell efficiencies under the aspect of reduced surface recombination velocities. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2010, Vol.16, Is.6, pp. 1759-1763.
Bi X., WuZ., ZhangT., AnC., XuY., MaK., et al. Reduced Nonradiative Recombination Energy Loss Enabled Efficient Polymer Solar Cells via Tuning Alkyl Chain Positions on Pendent Benzene Units of Polymers. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020, Vol.12, pp. 24184-24191. doi: 10.1021/acsami.0c04397.
Kim K., Ihm K., Kim B. Surface Property of Indium Tin Oxide (ITO) After Various Methods of Cleaning. Acta Physica Polonica. 2014, Vol. 127, No. 4, pp. 1176-1179. doi: 10.12693/APhysPolA.127.1176.
Hashizume M., Kunitake T. Preparation and functionalization of self-supporting (polymer/metal oxide) composite ultrathin films. RIKEN Rev. 2001, Vol. 38, pp. 36–39.
Pakhomov G.L., Gaponova D.M., Lukyanov A.Yu., Leonov E. S. Luminescence in phthalocyanine thin films. Solid state physics. 2005, Vol.47, No.1, pp.164-167.
Zeinidenov A.K., Aimukhanov A.K., Kambar D.S., Ilyassov B.R., Zavgorodniy A.V. Effects of phthalocyanine nanostructure on photovoltaic performance of its polymer composite thin films. Materials Chemistry and Physics. 2021, Vol. 267, p.124680. doi: 10.1016/j.matchemphys.2021.124680.
Gregg B.A., Hanna M.C. Comparing organic to inorganic photovoltaic cells: Theory, experiment, and simulation. Journal of Applied Physics. 2003, Vol.93, Is.6, pp. 3605 - 3614. doi: 10.1063/1.1544413.
Ellison D.J., Kim J.Y., Stevens D.M., Frisbie C.D. Determination of quasi-fermi levels across illuminated organic donor/acceptor heterojunctions by kelvin probe force microscopy. J. Am. Chem. Soc. 2011, Vol.133, Is.35, pp.13802-13805. doi: 10.1021/ja2034574.
Yang H., Song Q., Lu Z., Guo C., et al. Electrochemically polymerized nanostructured poly (3.4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) buffer layer for a high performance polymer solar cell. Energy and Environ. Science. 2010, Vol. 3, pp.1580-1586. doi: 10.1039/C0EE00117A.
Yuan X., Song C., Wang H., Zhang J. EIS Equivalent Circuits In Electrochemical Impedance Spectroscopy in PEM Fuel Cells. California: Springer, 2010, doi:10.1007/978-1-84882-846-9.
Zavgorodniy A.V., Aimukhanov A.K., Zeinidenov A.K., et al. The influence of the magnetic field on the current-voltage characteristics of cupc nanostructures. Eurasian phys. tech. j. 2019, Vol.16, No.1(31), P.54-61.
Aimukhanov A.K., Zeinidenov A.K., Ilyassov B.R., Zavgorodniy A.V. The research of photo-electrophysical properties of cobalt phthalocyanine film. Eurasian phys. tech. j. 2019, Vol.16, No.2(32), P.16-20."
