インピーダンス解析を用いたカーボンナノチューブを用いた二層有機太陽電池の特性評価

Characterization of Bilayer Organic Solar Cells with Carbon Nanotubes Using Impedance Analysis.

• Kyeongman Han
• So-Yeon Jun
• Hyuna Lim
• Eunji Bae
• Seung Hun Park
• Donggeun Jung
• Namic Kwon
• SeGi Yu

抄録

アクセプター層内にカーボンナノチューブ(CNT)をドープした二層ヘテロ接合構造を持つ4つの有機太陽電池(OSC)デバイスの研究を行った。その結果、CNTを0.004wt%添加したデバイスの電力変換効率(PCE)は、リファレンスデバイスの電力変換効率よりも約20%ポイント高いことがわかった。CNT濃度が高くなるにつれてデバイスのPCEは劣化し、これは層内でのCNTのパーコレーション接続が原因であると考えられる。インピーダンス解析のコールコール曲線によって決定された電荷キャリアの有効寿命に対する電圧依存性は、参照デバイスとCNTを組み込んだデバイスでは異なっていた。CNTの濃度をパーコレーションの臨界濃度以下に制御することが、高い光起電力性能を達成するための重要な要素である。

Four organic solar cell (OSC) devices with the bilayer heterojunction architecture were investigated, where carbon nanotubes (CNTs) were doped within the acceptor layer. The power conversion efficiency (PCE) of the CNT-incorporated device with a concentration of 0.004 wt% is approximately 20% point higher than that of the reference one. As the concentration of CNTs became higher, the PCE of the devices deteriorated; this could be caused by the percolative connection of CNTs within the layer. The voltage dependence on the effective lifetime of the charge carriers, determined by Cole-Cole curves of the impedance analysis, was different for the reference and CNT-incorporating devices-the lifetime of the CNT-incorporated ones was shorter, possibly owing to the high local electric field near the CNTs. Controlling the concentration of CNTs below the critical concentration of percolation is a key factor in achieving high photovoltaic performance.