We report hybrid solar cells fabricated with polymer/fullerene bulk heterojunction layers that contain inorganic nanocrystals synthesized by in-situ reaction in the presence of polymer chains. The inorganic (cadmium sulfide) nanocrystal ($CdS_{NC}$) was generated by the reaction of cadmium acetate and sulfur by varying the reaction time up to 30 min. The synthesized $CdS_{NC}$ showed a rectangular flake shape, while the size of $CdS_{NC}$ reached ca. 150 nm when the reaction time was 10 min. The performance of hybrid solar cells with $CdS_{NC}$ synthesized for 10 min was better than that of a control device, whereas poor performances were measured for other hybrid solar cells with $CdS_{NC}$ synthesized for more than 10 min.
We report the effect of physical load on the stability of organic solar cells under physical loads. The active layers in organic solar cells were fabricated with bulk heterojunction films (BHJ) films of poly (3-hexylthiophene) and phenyl-$C_{61}$-butyric methyl ester. The loading time was varied up to 60 s by keeping the physical load constant. Results showed that the open circuit voltage was not influenced by the physical load but other solar cell parameters were sensitive to the loading time. The fill factor was very slightly increased at 15 s, while short circuit current density was well kept for 30 s. The power conversion efficiency was reasonably maintained for 45 s but became significantly decreased by the continuous loading for 60 s.
Polymer solar cells utilize bulk heterojunction (BHJ) type photo-active layer in which the electron donating polymer and electron accepting $C_{60}$ derivatives are blended. We found there is significant charge recombination at the interface between the BHJ active layer and electrode. The charge recombination at the interface was effectively reduced by inserting wide band gap inorganic interfacial layer, which resulted in efficiency and stability enhancement of BHJ polymer solar cell.
Il-Su Park;Jae-Keun Hwang;Yongseok Jun;Donghwan Kim
Journal of Electrochemical Science and Technology
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제15권3호
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pp.421-426
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2024
Ru dye (Z-907) is a crucial photosensitizing material in dye-sensitized solar cells (DSSCs). To enhance the utilization of Ru dye's photosensitizing properties in bulk heterojunction solar cells, a method was developed to synthesize phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) nanoparticles that are chemically linked to Ru dye. PCBM contains a methoxy (-OCH3) group, whereas Ru dye incorporates a carboxyl group (-COOH) within its molecular structure. By exploiting these complementary functional groups, a successful bond between Ru dye and PCBM was established through an anhydride functional group. The coupling of PCBM with Ru dye results in a modification of the energy levels, yielding lower LUMO (3.8 eV) and HOMO (6.1 eV) levels, compared with the LUMO (3.0 eV) and HOMO (5.2 eV) levels of Ru dye alone. This configuration potentially facilitates efficient electron transfer from Ru dye to PCBM, alongside promoting hole transfer from Ru dye to the conducting polymer. Consequently, the bulk heterojunction solar cells incorporating this Ru dye-PCBM configuration demonstrate superior performance, with an open circuit voltage (Voc) of 0.62 V, short circuit current (Jsc) of 0.63 mA cm-2, fill factor (FF) of 65.6%, and a photovoltaic conversion efficiency (η) of 0.25%.
지역규칙성 폴리3핵실티오펜과 용해성 플러렌 블렌드로 이루어진 벌크이종접합 고분자 태양전지를 제작하였다. 고분자 블렌드 필름에 대한 열처리 효과가 필름의 결정 구조와 자외선/가시광선 흡수스펙트럼에 주는 영향을 조사하였다. 그 후, 열처리에 의한 필름의 결정구조와 태양전지 효율의 상관관계를 연구하였다. 그 결과, $150^{\circ}C$에서 열처리한 필름이 분자간 상호작용 및 결정성측면에서 최적이었으며, 이 때, 고분자 태양전지의 에너지 전환 효율은 3.2 %이었다.
We have designed and developed a new ladder type tetrafused ${\pi}$-conjugated building block such as dihydroindolo[3,2-b]indole (DINI) and investigated its role as an electron rich unit. The photovoltaic properties of a new semiconducting ${\pi}$-conjugated polymer, poly[[5,10-bisoctyl-5,10-dihydroindolo[3,2-b]indole-[5,6- bis(octyloxy)-4,7-di(thiophen-2-yl)benzo[c][1,2,5]thiadiazole]], represented by PDINI-OBTC8 are described. The new polymer PDINI-OBTC8 was synthesized in donor-acceptor (D-A) fashion, where fused ${\pi}$-conjugated tetracyclic DINI, and 5,6-bis(octyloxy)-4,7-di(thiophen-2-yl) benzo[c][1,2,5]thiadiazole (OBTC8) were employed as electron rich (donor) and electron deficient (acceptor) moieties, respectively. The conventional bulk heterojunction (BHJ) device structure ITO/PEDOT:PSS/PDINI-OBTC8:PCB71M/LiF/Al was utilized to fabricate polymer solar cells (PSCs), which comprises the blend of PDINI-OBTC8 and [6,6]-phenyl-$C_{71}$-butyric acid methyl ester ($PC_{71}BM$) in BHJ network. A BHJ PSC that contain PDINI-OBTC8 delivered power conversion efficiency (PCE) value of 1.68% with 1 vol% of 1,8-diidooctane (DIO) under the illumination of A.M 1.5G 100 $mW/cm^2$.
The short-term stability of high efficiency polymer : nonfullerene solar cells was investigated by employing a quick (ten cycles) current density-voltage (J-V) cycling method. Polymer : nonfullerene solar cells with initial power conversion efficiency (PCE) of >10% were fabricated using bulk heterojunction (BHJ) films of poly[(2,6-(4,8-bis(5-(2-ethylhexyl)thiophen-2-yl)-benzo[1,2-b:4,5b']dithiophene))-alt-(5,5-(1',3'-di-2-thienyl-5,7'-bis(2-ethylhexyl)benzo[1',2'-c:4',5'-c']dithiophene-4,8-dione))] (PBDB-T) and 3,9-bis(2-methylene-((3-(1,1-dicyanomethylene)-6/7-methyl)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(4-hexylphenyl)-dithieno[2,3-d:2',3'-d']-s-indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene (IT-M). One set of the BHJ (PBDB-T : IT-M) films was thermally annealed at $160^{\circ}C$ for 30min, while another set was used without any thermal treatment after spin-coating. The quick J-V scan (cycling) measurement disclosed that the PCE decay was relatively slower for the annealed BHJ layers than the unannealed (as-cast) BHJ layers. As a result, after ten cycles, the annealed BHJ layers delivered higher PCE than the unannealed BHJ layers due to higher and more stable trend in fill factor. The present quick J-V cycling method is simple but expected to be useful for the prediction of short-term stability in organic solar cells.
Kim, Youn-Su;Choi, Ha-Na;Son, Seon-Kyoung;Kim, Ta-Hee;Kim, Bong-Soo;Kim, Kyung-Kon
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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pp.74-74
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2011
Polymer solar cells utilize bulk heterojunction (BHJ) type photo-active layer in which the electron donating polymer and electron accepting C60 derivatives are mixed together. In the BHJ system the electron donating polymer and electron accepting C60 derivatives are blended. The blended system causes charge recombination at the interface between the BHJ active layer and electrode. To reduce the charge recombination at the interface, it is needed to use an interlayer that can selectively transfer electrons or holes. We have developed solution processable wide band gap inorganic interfacial layers for polymer solar cells. The effect of interlayers on the performance of polymer solar cell was investigated for various types of conjugated polymers. We have found that inorganic interfacial layers enhanced the solar cell efficiency through the reduction of charge recombination at the interface between active layer and electrode. Furthermore, the stability of the polymer solar cell using the interlayer was significantly improved. The efficiency of 6.5% was obtained from the PTB7:PCBM70 based solar cells utilizing $TiO_2$nanoparticles as an interlayers.
한국고분자학회 2006년도 IUPAC International Symposium on Advanced Polymers for Emerging Technologies
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pp.186-186
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2006
We report a new architecture for high efficiency polymer solar cells introducing a new concept of 'optical spacer' with new material. By implementing a novel solution-based titanium oxide ($TiO_{x}$) layer between the active layer and the electron collecting Al electrode, we invented a way to increase ${\sim}50\;%$ in power conversion efficiency compared to conventional polymer solar cells. Now the new devices exhibit ${\sim}6\;%$ power conversion efficiency, which is the highest value reported to date for a polymer based photovoltaic cell. The $TiO_{x}$ layer increases the efficiency by modifying the spatial distribution of the light intensity inside the device, thereby creating more photogenerated charge carriers in the bulk heterojunction layer.
The PEDOT:PSS layer is usually used as hole transporting layer for the polymer bulk heterojunction solar cells. However, the interface between ITO and PEDOT:PSS is not stable and the chemical reaction between ITO and PEDOT can result in degraded device performance. We used the tungsten oxides as a hole transport layer by spin-coating. The $WO_3$ nanoparticles were well dispersed in ammonium hydroxide and deionized water and formed thin layer on the ITO anode. We found that $WO_3$ surface is more hydrophobic than the bare ITO or PEDOT:PSS-coated surfaces. The hydrophobic surfaces promote an ordered growth of P3HT films. A higher degree of P3HT ordering is expected to improve the hole mobility and the lifetime of the device using the tungsten oxide showed better stability compared to the device using the PEDOT:PSS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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