當(dāng)天然氣、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約國(guó)際社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸時(shí)，越來越多的國(guó)家開始實(shí)行“陽光計(jì)劃”，開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動(dòng)力。太陽能電池的應(yīng)用已從軍事領(lǐng)域、航天領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、 通信、家用電器以及公用設(shè)施等部門，尤其可以分散地在邊遠(yuǎn)地區(qū)、高山、沙漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省造價(jià)很貴的輸電線路。

文章背景

有機(jī)太陽能電池由于其可調(diào)節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和易于加工成大面積光伏面板而成為利用太陽能的有力的候選者。通常存在的有機(jī)半導(dǎo)體，其帶隙為1.4 eV至3 eV，這些材料僅僅只能吸收一小部分太陽光譜?？朔讼拗频囊环N方法是串聯(lián)堆疊不同帶隙的單元。然而，具有較窄帶隙的新材料和器件需要重新優(yōu)化以及設(shè)計(jì)，以提高太陽能電池的效率。但這些新材料在封裝后仍無法防止氧化，穩(wěn)定性仍然較差，因此新型GX有機(jī)器件的開發(fā)也受到了限制。本文中，通過穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨光譜研究Poly(3-hexyl)thiophene-2,5-diyl:[6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester (P3HT: PCBM)相關(guān)的性質(zhì)。

材料與方法

使用配備有450 W Xe燈和雙激發(fā)和發(fā)射單色儀的FLS1000熒光光譜儀測(cè)量激發(fā)，發(fā)射和電致發(fā)光光譜。FLS1000中集成的高通濾光片過濾了更高的衍射級(jí)。配置PMT-980和NIR-PMT（PMT-1700）進(jìn)行光譜采集。

對(duì)于時(shí)間分辨的測(cè)量，使用了皮秒脈沖二極管激光器（EPL-445）和鈦藍(lán)寶石激光器（Coherent Verdi G10, 10W 以及Mira 900, 200 fs, 76 MHz）。鈦藍(lán)寶石輸出通過脈沖采集器，產(chǎn)生4.75 MHz的重復(fù)頻率，然后倍頻以在445 nm處提供激發(fā)。通過超快PMT檢測(cè)器（MCP-PMT）檢測(cè)熒光發(fā)射。三個(gè)所需的檢測(cè)器可同時(shí)安裝在FLS1000的可用端口中。

將P3HT和PCBM以1:1的比例溶于鄰二氯苯（Sigma-Aldrich，240598）配置為17 mg / mL溶液，并在50°C下攪拌12 h。

結(jié)果與討論

圖1顯示了暴露于空氣中或者封裝的P3HT:PCBM樣品的歸一化的激發(fā)和發(fā)射光譜。封裝前后的發(fā)射光譜相似，峰值均為720 nm。但是，暴露在空氣中的樣品在720 nm監(jiān)測(cè)測(cè)試激發(fā)光譜，顯示出600 nm處的主峰和450 nm處的肩峰，以及封裝樣品來自所用環(huán)氧樹脂的在220 nm和280 nm處的其他峰。激發(fā)光譜與吸光度光譜一致，PCBM的吸收范圍為200 nm-400 nm，P3HT為400 nm-600nm。

圖1：暴露空氣和封裝的P3HT：PCBM太陽能電池的激發(fā)和發(fā)射光譜。插圖顯示封裝的太陽能電池的照片。

P3HT:PCBM樣品的熒光衰減如圖2所示。暴露空氣樣品的壽命衰減擬合為單指數(shù)的46.84 ps，該值明顯低于封裝樣品的647.20 ps。封裝樣品的壽命與原始P3HT的壽命一致，這表明該樣品中的聚合物尚未被PCBM淬滅。

圖2：暴露空氣和封裝的P3HT:PCBM太陽能電池的熒光壽命衰減

封裝樣品在不同驅(qū)動(dòng)電流下的歸一化電致發(fā)光（EL）光譜如圖3所示。隨著輸入電流的增加，光譜的逐漸藍(lán)移，意味著高能態(tài)的增加。

圖3：封裝的P3HT：PCBM器件的電致發(fā)光光譜。插圖：顯示封裝設(shè)備的照片。

總結(jié)

P3HT:PCBM太陽能電池已經(jīng)通過光致發(fā)光和電致發(fā)光光譜進(jìn)行了表征。光致發(fā)光激發(fā)光譜與吸收光譜一致。皮秒范圍內(nèi)的時(shí)間分辨光譜顯示了聚合物對(duì)富勒烯的淬滅狀態(tài)，這對(duì)于用新材料開發(fā)有機(jī)太陽能電池至關(guān)重要。另外，觀察到電致發(fā)光光譜的藍(lán)移隨著電流強(qiáng)度的增加。

標(biāo)簽：有機(jī)太陽能電池FLS1000熒光光譜儀