Published May 17, 2010 | Version v1
Publication Open

On the influence of the exciton-blocking layer on the organic multilayer cells properties

Creators

  • 1. Centre Hospitalier Universitaire de Cocody
  • 2. Université Félix Houphouët-Boigny
  • 3. Université Oran 1 Ahmed Ben Bella
  • 4. University of Lomé
  • 5. Pontificia Universidad Católica de Chile
  • 6. Institut des Matériaux Jean Rouxel
  • 7. Nantes Université
  • 8. French National Centre for Scientific Research

Description

The performances of organic photovoltaic cells based on the layer couple electron donor/electron acceptor (ED/EA) are significantly improved when an exciton blocking layer (EBL) is inserted between the organic acceptor and the cathode. A new material, the (Z)-5-(4-chlorobenzylidene)-3-(2-ethoxyphenyl)-2-thioxothiazolidin-4-one, that we called (CBBTZ), has been synthesized, characterized and probed as EBL. The energy levels corresponding to the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the CBBTZ have been determined from the first oxidation and reduction potential respectively, using cyclic voltametric (CV) measurements. From CV curves, CBBTZ in dichloromethane showed a one electron reversible reduction and oxidation waves. The values of its HOMO and LUMO have been estimated to be 6.42 eV and 3.42 eV respectively. Such values show that CBBTZ could be probed as EBL in organic solar cells based on the ED/EA couple copper phthalocyanine(CuPc)/fullerene (C60). The photovoltaic solar cells have been obtained by sequential deposition under vacuum of the different films. The different thin film thicknesses were measured in situ by a quartz monitor. Multilayer solar cells ITO/Au/CuPc/C60/EBL/Al have been probed, where EBL is the aluminium tris(8-hydroxyquinoline) (Alq3), the CBBTZ, the 2-(4-byphenylyl)-5-(4-tert-buthylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (butyl PBD) or the bathocuproine (BCP). The optimum film thickness is 8–9 nm whatever the EBL used. When obtained in the same run, the averaged efficiency of the cells using the CBBTZ is of the same order of magnitude than that obtained with BCP and higher than that achieved with Alq3 or butyl PBD. It is shown by XPS study that some aluminium of the cathode is present in the buffer layer. This aluminium could justify the ability of the electrons to cross the insulating exciton blocking layer thick of 9 nm.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتحسن أداء الخلايا الكهروضوئية العضوية بناءً على متبرع/متقبل الإلكترون للطبقة المزدوجة (ED/EA) بشكل كبير عند إدخال طبقة مانعة للإكسيتون (EBL) بين المتقبل العضوي والكاثود. تم تصنيع مادة جديدة، وهي (Z) -5-(4 - chlorobenzylidene)-3 -(2 - ethoxyphenyl) -2 - thioxothiazolidin -4 - one، والتي أطلقنا عليها (CBBTZ)، وتم تمييزها وفحصها على أنها EBL. تم تحديد مستويات الطاقة المقابلة لأعلى مدارات جزيئية مشغولة (HOMO) وأدنى مدارات جزيئية غير مشغولة (LUMO) في CBBTZ من أول جهد أكسدة واختزال على التوالي، باستخدام قياسات الفولتامترية الدورية (CV). من منحنيات CV، أظهر CBBTZ في ثنائي كلورو الميثان موجات اختزال وأكسدة عكسية لإلكترون واحد. وقدرت قيم هومو و LUMO لتكون 6.42 إلكترون فولت و 3.42 إلكترون فولت على التوالي. تُظهر هذه القيم أنه يمكن فحص CBBTZ على أنه EBL في الخلايا الشمسية العضوية بناءً على ED/EA زوجين من الفثالوسيانين النحاسي (CuPc)/الفوليرين (C60). تم الحصول على الخلايا الشمسية الكهروضوئية عن طريق الترسيب المتسلسل تحت فراغ من الأفلام المختلفة. تم قياس سماكات الأغشية الرقيقة المختلفة في الموقع بواسطة شاشة كوارتز. تم فحص الخلايا الشمسية متعددة الطبقات ITO/Au/CuPc/C60/EBL/Al، حيث EBL هو تريس الألومنيوم (8 -هيدروكسي كينولين) (Alq3)، CBBTZ، 2 -(4 -بيفينيل) -5 -(4 -ثالث - بوثيل فينيل) -1،3،4 -أوكساديازول (بوتيل PBD) أو باثوكوبروين (BCP). سمك الفيلم الأمثل هو 8–9 نانومتر مهما كان EBL المستخدم. عند الحصول عليها في نفس العملية، يكون متوسط كفاءة الخلايا باستخدام CBBTZ بنفس ترتيب الحجم الذي تم الحصول عليه باستخدام BCP وأعلى من ذلك الذي تم تحقيقه باستخدام Alq3 أو Butyl PBD. يتضح من دراسة XPS أن بعض الألومنيوم من الكاثود موجود في الطبقة العازلة. يمكن أن يبرر هذا الألومنيوم قدرة الإلكترونات على عبور طبقة حجب الإكسيتون العازلة بسماكة 9 نانومتر.

Translated Description (French)

Les performances des cellules photovoltaïques organiques basées sur le couple couche donneur d'électrons/accepteur d'électrons (ED/EA) sont significativement améliorées lorsqu'une couche de blocage d'excitons (EBL) est insérée entre l'accepteur organique et la cathode. Un nouveau matériau, le (Z)-5-(4-chlorobenzylidène)-3-(2-éthoxyphényl)-2-thioxothiazolidin-4-one, que nous avons appelé (CBBTZ), a été synthétisé, caractérisé et sondé comme EBL. Les niveaux d'énergie correspondant à l'orbitale moléculaire occupée la plus élevée (HOMO) et à l'orbitale moléculaire inoccupée la plus basse (LUMO) de la CBBTZ ont été déterminés à partir du premier potentiel d'oxydation et de réduction respectivement, en utilisant des mesures voltamétriques cycliques (CV). À partir des courbes CV, CBBTZ dans le dichlorométhane a montré une réduction réversible d'un électron et des ondes d'oxydation. Les valeurs de son HOMO et de son LUMO ont été estimées à 6,42 eV et 3,42 eV respectivement. Ces valeurs montrent que CBBTZ pourrait être sondé comme EBL dans des cellules solaires organiques basées sur le couple phtalocyanine de cuivre (CuPc)/fullerène (C60) ED/EA. Les cellules solaires photovoltaïques ont été obtenues par dépôt séquentiel sous vide des différents films. Les différentes épaisseurs de film mince ont été mesurées in situ par un moniteur à quartz. Des cellules solaires multicouches ITO/Au/CuPc/C60/EBL/Al ont été sondées, où EBL est le tris(8-hydroxyquinoléine) (Alq3) d'aluminium, la CBBTZ, le 2-(4-byphénylyl)-5-(4-tert-buthylphényl)-1,3,4-oxadiazole (butyl PBD) ou la bathocuproïne (BCP). L'épaisseur optimale du film est de 8–9 nm quel que soit l'EBL utilisé. Lorsqu'elle est obtenue dans la même série, l'efficacité moyenne des cellules utilisant la CBBTZ est du même ordre de grandeur que celle obtenue avec le BCP et supérieure à celle obtenue avec l'Alq3 ou le butyl PBD. Il est montré par une étude XPS qu'une partie de l'aluminium de la cathode est présente dans la couche tampon. Cet aluminium pourrait justifier la capacité des électrons à traverser la couche isolante de blocage des excitons d'une épaisseur de 9 nm.

Translated Description (Spanish)

Los rendimientos de las células fotovoltaicas orgánicas basadas en el acoplamiento de capas donador de electrones/aceptor de electrones (ED/EA) mejoran significativamente cuando se inserta una capa de bloqueo de excitones (EBL) entre el aceptor orgánico y el cátodo. Un nuevo material, la (Z)-5-(4-clorobenciliden)-3-(2-etoxifenil)-2-tioxotiazolidin-4-ona, que llamamos (CBBTZ), ha sido sintetizado, caracterizado y sondeado como EBL. Los niveles de energía correspondientes al orbital molecular ocupado más alto (HOMO) y al orbital molecular desocupado más bajo (Lumo) de la CBBTZ se han determinado a partir del primer potencial de oxidación y reducción respectivamente, utilizando mediciones voltamétricas cíclicas (CV). A partir de las curvas CV, la CBBTZ en diclorometano mostró una reducción reversible de un electrón y ondas de oxidación. Los valores de su HOMO y Lumo se han estimado en 6,42 eV y 3,42 eV respectivamente. Dichos valores muestran que CBBTZ podría sondearse como EBL en células solares orgánicas basadas en la pareja ED/EA ftalocianina de cobre (CuPc)/fullereno (C60). Las células solares fotovoltaicas se han obtenido mediante deposición secuencial al vacío de las diferentes películas. Los diferentes espesores de película delgada se midieron in situ mediante un monitor de cuarzo. Se han sondeado células solares multicapa Ito/Au/CuPc/C60/EBL/Al, donde EBL es la tris(8-hidroxiquinolina) de aluminio (Alq3), la CBBTZ, el 2-(4-bifenilil)-5-(4-terc-butilfenil)-1,3,4-oxadiazol (butil PBD) o la batocuproína (BCP). El espesor óptimo de la película es de 8–9 nm, cualquiera que sea la EBL utilizada. Cuando se obtiene en la misma ejecución, la eficiencia promedio de las células que utilizan la CBBTZ es del mismo orden de magnitud que la obtenida con BCP y mayor que la lograda con Alq3 o butil PBD. El estudio XPS muestra que parte del aluminio del cátodo está presente en la capa amortiguadora. Este aluminio podría justificar la capacidad de los electrones para atravesar la capa de bloqueo del excitón aislante de 9 nm de espesor.

Files

document.pdf

Files (282.8 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f57c0e8f85a1a9410a1418a3be90e92b
282.8 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
حول تأثير طبقة حجب الإكسيتون على خصائص الخلايا العضوية متعددة الطبقات
Translated title (French)
Sur l'influence de la couche bloquant les excitons sur les propriétés des cellules multicouches organiques
Translated title (Spanish)
Sobre la influencia de la capa de bloqueo de excitones en las propiedades de las celdas multicapa orgánicas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2118160747
DOI
10.1051/epjap/2010062

Is supplement to
https://openalex.org/W4389785957 (Other)
https://openalex.org/W4318220081 (Other)
https://openalex.org/W4313489838 (Other)
https://openalex.org/W4200077027 (Other)
https://openalex.org/W3180561478 (Other)
https://openalex.org/W2889801284 (Other)
https://openalex.org/W2795281718 (Other)
https://openalex.org/W2327236123 (Other)
https://openalex.org/W2042523000 (Other)
https://openalex.org/W2005355378 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Togo

References

  • https://openalex.org/W2002627063
  • https://openalex.org/W2003654459
  • https://openalex.org/W2022108025
  • https://openalex.org/W2023820315
  • https://openalex.org/W2024505213
  • https://openalex.org/W2026136350
  • https://openalex.org/W2032998258
  • https://openalex.org/W2044671846
  • https://openalex.org/W2057357964
  • https://openalex.org/W2069709862
  • https://openalex.org/W2073777226
  • https://openalex.org/W2080719648
  • https://openalex.org/W2083548717
  • https://openalex.org/W2083718563
  • https://openalex.org/W2086486755
  • https://openalex.org/W2111926054
  • https://openalex.org/W2949714735