تاثير عمليات حرارتي روي لايه فعال در عملكرد سلول هاي خورشيدي پليمري

Effect of heat treatment of the active layer on the polymer solar cell efficiency

كشف رسانايي و نيمرسانايي در مواد آلي خصوصا پليمرها، كاربردهاي گسترده اي از جمله در حوزه فوتوولتاييك براي آنها به همراه داشته است. در اين تحقيق سلول‌هاي خورشيدي ناهمگون پليمري بر پايه لايه فعال بخشنده- پذيرنده P3HT:PCBM مورد بررسي قرار گرفته‌اند. ديده ميشود كه با انجام عمليات حرارتي در دماي حدود oC 120 بر روي لايه فعال در سلول‌هايي با ساختار ITO/PEDOT:PSS(50nm)/P3HT:PCBM(200nm)/LiF(1.2nm)/Al(100nm)، براي زمان هاي 15، 30، و 45 دقيقه، مقاومت سري سلول كاهش و چگالي جريان مدار كوتاه از 78/3 به mA/cm2 01/12 و به دنبال آن بازدهي تبديل توان سلول به طور پيوسته و قابل توجه از 09/1% به 5/5% افزايش مي‌يابند. علت افزايش عمكرد تحت عمليات حرارتي، به افزايش جذب اپتيكي و رشد بلورهاي نانوساختار در لايه فعال نسبت داده ميشود كه كاهش مقاومت سري سلول و افزايش چگالي جريان را نتيجه مي‌دهد. همچنين نقش ميان لايه كاتد LiF در افزايش جمع آوري الكترونها مورد بررسي قرار ميگيرد.

Discovery of conducting and semiconducting property of organic materials (especially in polymers), has created several applications for them like photovoltaic devices. In this study, bulk heterojunction polymer solar cells based on donor-acceptor P3HT:PCBM active layer have been investigated. It was seen that through the heat treatment at 1200 C in time duration of 0-45 min on the active layer of the cells with structure of ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al, series resistance reduces and current density and power conversion efficiency significantly and continuously increase from 3.78 to 12.01 mA/cm2, and from 1.09% to 5.5% respectively. The reason for the progress in the performance of the cells with the mentioned structure under the heat treatment for 0-45 min is attributed to the increase in the size of nanostructure crystals in the active layer, resulting in decrease in series resistance and increase in current density. Role of LiF buffer layer in electron collection was also investigated.