有机溶剂综合利用(《JMCC》：提高有机太阳能电池和LED效率的抗溶剂处理)

Posted 2023-05-29

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有机溶剂综合利用(《JMCC》：提高有机太阳能电池和LED效率的抗溶剂处理)

编辑推荐：基于CuSCN HTL的有机发光二极管（OLED），四氢呋喃处理将外部量子效率（EQE）从5.2%提高到8.2%。这种简单的抗溶剂处理方法可以很容易地应用于CuSCN等光电器件的溶液处理。

硫氰酸铜（CuSCN）作为空穴传输层在有机光电子器件中得到了广泛的应用。然而，作为配位聚合物，其溶液处理并不简单；典型工艺要求硫化物基溶剂与Cu（I）强烈相互作用。在此，来自泰国和日本的研究人员使用抗溶剂，特别是丙酮（Ace）或四氢呋喃（THF）清洗CuSCN HTL的简单步骤可以显著增加有机光伏（OPV）电池的短路电流（J sc）和填充因子（FF）。该处理导致平均功率转换效率（PCE）从基于未处理CuSCN的OPV器件的8.18%增加到基于Ace和THF处理的CuSCN HTL的电池的9.16%和9.25%。相关论文以题目为“Antisolvent treatment of copper (I) thiocyanate (CuSCN) hole transport layer for efficiency improvements in organic solar cells and light-emitting diodes”发表在Journal of Materials Chemistry C期刊上。

论文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/tc/d1tc02897a

空穴传输层（HTL）的基本功能是增强空穴的注入/引出，以及同时阻断阳极和活性层之间的电子。一个有效的HTL通常需要两个重要的特性：高光学透明度以最大化光子捕获或活性层的光发射，以及良好匹配的能级以最小化电阻和界面复合造成的能量损失。PEDOT:PSS由于其溶液可加工性、相对较高的透明度（80–87%）和较大的功函数（E5.1 eV），长期以来一直是光电器件中的标准HTL。

尽管广泛使用，PEDOT:PSS仍有缺点，例如其酸性可能对相邻层有害，并且缺乏电子阻挡能力，从而导致效率损失。在PEDOT:PSS替代品中，硫氰酸铜（CuSCN）是一种具有p型半导体特性的配位聚合物，已成为广泛光电应用（包括各种太阳能电池结构和有机发光二极管（OLED））的最有前景的HTL之一。CuSCN薄膜可以使用简单的溶液处理路线沉积，并表现出良好的性能，包括可见光范围内的高透过率（498%）、优异的空穴迁移率，以及空穴传输/电子阻挡性能的合适能量排列（价带最大值或VBM约为5.5 eV，导带最小值或CBM约为2 eV）.随着CuSCN的广泛应用，进一步改进CuSCN的性能以及由此产生的设备可能会带来广泛的影响。

为此，溶剂工程是控制CuSCN薄膜性能的一个重要工具。重要的是，CuSCN不溶于普通溶剂；其优点是处理过程与有机半导体的处理过程高度兼容，有机半导体通过正交有机溶剂处理。CuSCN通常由二丙基硫醚（DPS）或二乙基硫醚（DES）沉积而成。已经尝试寻找替代溶剂，如氨水、二甲基亚砜（DMSO）、或混合乙腈-DPS；然而，DES仍然是标准溶剂，因为它具有CuSCN的高溶解度、无腐蚀性和良好的成膜性能。（文：爱新觉罗星）

图1。AFM图。

图2（a） PTB7 Th聚合物供体和PC 71 BM富勒烯衍生物受体的化学结构。（b） OPV单元的示意图设备结构。（c） OPV电池不同层的能量图。（d）基于CuSCN HTL的OPV电池在不同抗溶剂处理下的电流密度-电压（J-V）特性。（e）外部和内部量子效率（EQE和IQE）光谱。（f）可见光范围内EQE和IQE光谱的特写。

图3. （a）用于OLED器件的的化学结构。（b） OLED器件中不同层的能量图。（c）和（d）分别为电流密度（J）和亮度（L）与电压（V）。（e–g）外部量子效率（EQE）、功率效率（PE）和电流效率（CE）分别作为L的函数。

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