中科院金属所《Carbon》：石墨烯透明阳极的高效柔性有机太阳能电池

 

本文要点：

 

• 介绍具有掺杂的石墨烯透明阳极和300nm厚的光敏层的超高效柔性有机太阳能电池。

   

• 3层石墨烯被确定为电池最适合设计。

   

• 采用3层掺杂石墨烯阳极的0.2cm2电池可获得6.85%的高功率转换效率。

   

• 厚的光敏层与3层掺杂的石墨烯阳极的组合可产生创纪录的1.6cm2大的柔性电池。

 

1成果简介  

  石墨烯作为柔性有机太阳能电池（OSC）的透明导电电极（TCE）具有巨大的潜力。然而，随着层数的增加，电导率和透明度以及石墨烯TCE的表面粗糙度之间的权衡限制了功率转换效率（PCE）的提高及其在大面积OSC中的使用。

  本文，中国科学院金属研究所任文才研究员团队在《Carbon》期刊发表名为“Extremely efficient flexible organic solar cells with a graphene transparent anode: Dependence on number of layers and doping of graphene”的论文，研究使用300nm厚的(2,5-bis(2-hexyldecyloxy)phenylene)-alt-(5,6-difluoro-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c]-[1,2,5]thiadiazole)][6,6]:-phenyl-C71-butyric acid methyl ester as the photoactive layer and a benzimidazole (BI)-掺杂的石墨烯作为透明阳极，证明了具有良好柔韧性的有效OSC。

  结果表明发现三层（L）石墨烯在薄层电阻，光学透射率和表面粗糙度之间具有最佳平衡，以优化电池设计。具有3L BI掺杂的石墨烯阳极的0.2 cm 2电池达到了6.85％的PCE，这是迄今为止针对基于柔性石墨烯阳极的OSC报告的最高PCE值之一。柔性单元坚固耐用，在长达250次的弯曲循环中仅表现出轻微的性能下降。此外，厚的光敏层与优化的3L BI掺杂石墨烯TCE的组合可实现1.6 cm2的产量灵活的OSC，PCE为1.8％。此工作说明了石墨烯TCE开发对于柔性OSC以及其他可穿戴光电设备的重要性。

 

2图文导读 

 

图1。光敏层材料的化学结构和基于石墨烯TCE的OSC的结构

图2。原始石墨烯和掺BI的石墨烯TCE的不同层数的照片和AFM图像

图3。石墨烯阳极基OSC的光伏性能。

 

图4。原始石墨烯和BI掺杂的石墨烯TCE的表面特性。

图5。光伏参数对弯曲周期的依赖性。

图6。大面积BI掺杂的石墨烯阳极OSC的照片和光电性能。

 

3小结

总而言之，我们在石墨烯基阳极上制造了具有厚但简单结构的柔性OSC。确定了光伏性能对具有不同层数的石墨烯TCE 的R sh，Tr，SR的依赖性。发现3L石墨烯（原始或BI掺杂的）TCE是用于这项工作的最佳电池设计。掺BI的石墨烯阳极电池表现出更好的性能。提高了石墨烯三氯乙烯的开发对于下一代高性能柔性可穿戴光电的重要性。

 

文献：