Carrier Lifetime Extension via the Incorporation of Robust Hole/Electron Blocking Layers in Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells

材料科学 光活性层 光电子学 聚合物太阳能电池 异质结 电子迁移率 图层(电子) 能量转换效率 阴极 载流子寿命 活动层 电极 纳米技术 化学 物理化学 薄膜晶体管
作者
Youngwoon Yoon,Hyeong Jun Kim,Chul‐Hee Cho,Seul-Ki Kim,Hae Jung Son,Min-Jae Ko,Honggon Kim,Doh‐Kwon Lee,Jin Young Kim,Wonmok Lee,Bumjoon J. Kim,BongSoo Kim
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:6 (1): 333-339 被引量:17
标识
DOI:10.1021/am404381e
摘要

We report the achievement of a power conversion efficiency (PCE) improvement in P3HT:PCBM-based bulk-heterojunction type polymer solar cells using photocrosslinked P3HT (c-P3HT) as the electron blocking/hole extraction layer and titanium oxide nanoparticles (TiO2) as the hole blocking/electron extraction layer. Devices prepared with a 20 nm thick c-P3HT layer showed an improved PCE of 3.4% compared to devices prepared without the c-P3HT layer (PCE = 3.0%). This improvement was attributed to an extension in the carrier lifetime and an enhancement in the carrier mobility. The incorporation of the c-P3HT layer lengthened (by more than a factor of 2) the carrier lifetime and increased (by a factor of 5) the hole mobility. These results suggest that the c-P3HT layer not only prevented non-geminate recombination but it also improved carrier transport. The PCE was further improved to 4.0% through the insertion of a TiO2 layer that acted as an effective hole-blocking layer at the interface between the photoactive layer and the cathode. This work demonstrates that the incorporation of solution-processable hole and electron blocking/extraction layers offers an effective means for preventing nongeminate recombination at the interfaces between a photoactive layer and an electrode in bulk-heterojunction-type polymer solar cells.

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