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单壁碳纳米管诱导激子解离增强对混合有机光伏器件的影响

DOI：10.1063/1.5105388 期刊：Journal of Applied Physics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 采用火炬-等离子体法生长的单壁碳纳米管（SWCNTs）与区域规整聚（3-己基噻吩）（P3HT）及富勒烯衍生物1-(3-甲氧基羰基)丙基-1-苯基[6,6]C61（PCBM）复合，构建了用于体异质结太阳能电池的混合光活性层。研究表明，当采用2000 eV Cs+离子源进行溅射时，通过飞行时间二次离子质谱技术可准确获取该混合有机光活性太阳能电池层中的分子信息。实验数据显示，相较于未添加SWCNTs的原始器件，所制备器件的光伏性能在短路电流密度（Jsc）和填充因子（FF）方面均有提升。最佳性能出现在0.5 wt.% SWCNTs负载量时，此时开路电压（VOC）达660 mV，短路电流密度为9.95 mA cm?2，填充因子54%，在标准测试条件（AM1.5 g）下实现3.54%的功率转换效率。针对该最优0.5 wt.% SWCNTs浓度体系，为深入理解P3HT:PCBM:SWCNT界面电荷转移机制，通过光强相关的短路电流密度测量发现其对数-对数坐标下呈线性关系，表明载流子损失主要受单分子复合过程支配。研究证实，该混合器件兼具富勒烯的电子接受特性与SWCNTs的快速电子传输优势，显著提升了激子解离效率。同时考察了SWCNTs对光活性复合材料费米能级与功函数的影响及其对光伏性能的作用机制。
作者： B. A?ssa，S. A. Mansour，A. Ali，A. Bentouaf，W. Khan，Y. Zakaria，K. A. Mahmoud，K. Ali，N. Malik Muhammad
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究单壁碳纳米管（SWCNTs）对混合有机光伏器件中激子解离增强的影响。

研究成果

将单壁碳纳米管（SWCNTs）整合到P3HT:PCBM聚合物/富勒烯基混合有机光伏器件中，可同时提升器件的短路电流和填充因子，从而显著提高光电转换效率。这一增强效应源于SWCNT/聚合物界面处激子解离效率的提升，以及通过掺杂纳米管渗流路径实现的更快速电子转移。

研究不足

该研究的局限性在于较高单壁碳纳米管浓度下可能产生短路效应，以及将高负载碳纳米管分散到聚合物基体中存在的困难。此外，由于缺乏特定的认证标准样品，TOF-SIMS谱图未进行校准以提供浓度数据（仅能反映强度）。

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