无机纳米晶/共轭聚合物太阳能电池光敏层制备方法及微观形貌调控

相比硅太阳能电池,无机纳米晶/共轭聚合物太阳能电池因其兼备有机/无机杂化的优点,而近年来一直是国内外广泛关注的热点之一.文中对目前该种太阳能电池光敏层的各种微观形貌、制备方法及研究进展进行了综述.详细介绍了无机纳米晶/共轭聚合物光敏层的三种制备方法,即物理共混法、化学键合式共混法和原位法.同时着重关注了无机纳米晶/共轭...     

有机-无机杂化体异质结太阳电池研究现状

有机-无机杂化体异质结太阳电池以无机半导体纳米晶作为电子受体,共轭聚合物作为电子给体,是近年来的一个研究热点。在设计上,有机-无机杂化材料兼具有机材料的柔性、结构多样性、易加工和无机材料载流子迁移率高、稳定性好的优势,具有良好的发展前景。介绍了有机-无机杂化体异质结太阳电池的结构、工作原理,从共轭聚合物、无机半导体纳米材料以及电池制备工艺3个方面综述了近年来国内外研究现状,主要包括有机-无机杂化体异质结太阳电池中常用共轭聚合物结构、带隙,无机纳米晶种类、形貌、表面改性以及有源层厚度、形貌调控等内容。着重介绍了基于CdSe、TiO2、PbS类纳米晶的太阳电池。最后讨论了有机-无机杂化体异质结太阳电池目前存在的问题和发展方向。     

无机—有机纳米杂化材料的分子设计与构筑的研究

着重介绍用分子设计制备无机—有机纳米杂化材料的新方法及其结构、性能演变规律和功能化的工作。特别介绍关于纳米晶—聚合物杂化材料、纳米二氧化硅—聚合物纳米复合材料及其有机—无机聚合物表面结构与性能关系规律。如通过对纳米无机材料功能化修饰,使其含有与聚合物共聚的官能团,实现了与聚氨酯、硅橡胶、环氧树脂的分子组装,形成了无机—有机的互穿网络式嵌断共聚物,大大提高了聚氨酯、硅橡胶和环氧树脂的力学性能和热稳定性能。该聚氨酯杂化材料的拉伸强度和伸长率比未改性前均提高了2倍以上。通过原位聚合、聚合物刷、从表面接枝技术制备出高性能材料。探讨用催化链转移聚合等聚合方法实现新颖有机—无机纳米杂化材料的制备及其表面构筑。通过无机材料的表面设计和表面处理控制无机/聚合物复合材料的界面结构和行为,得到了多种性能优良的多元多尺度复合材料。提高纳米杂化复合高分子材料的加工性能,探索其特异的光电等特异性能。     

Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池的研究进展

硅有机/无机杂化太阳能电池结合了硅材料载流子迁移率高的优势,以及有机物的材料易合成、光电特性可调的特点,具有制备工艺简单、成本低以及柔性等适合未来应用发展的潜力特征。在介绍硅基杂化太阳能电池的基本结构和工作原理的基础上,从硅基材料的优化、有机导电聚合物PEDOT∶PSS改性、硅与PEDOT∶PSS界面修饰和结构优化,以及杂化太阳能电池的稳定性4个方面概况了近期的研究进展,重点针对Si/PEDOT∶PSS杂化太阳能电池结构优化及性能改进方面的最新研究热点,分析了当前硅基杂化电池发展的问题,指出了Si/PEDOT∶PSS杂化太阳能电池的发展方向。     

磁控溅射TiO_2纳米管阵列与其组装的杂化太阳能电池

采用直流磁控溅射-热处理二步法在多孔阳极氧化铝模板上制备出TiO2纳米管阵列膜。将纳米管阵列膜转移到ITO导电玻璃,并分别与P3HT和P3HT∶PCBM组装成杂化太阳能电池。通过扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪和模拟太阳光光电性能测试系统化对TiO2纳米管阵列膜和其组装的太阳能电池进行了分析表征。在纳米管阵列膜和ITO玻璃之间加入TiO2结合层的P3HT∶PCBM基杂化太阳能电池表现出最好的转换效率。该方法制备的大面积TiO2纳米管阵列膜,纯度高、工艺稳定,在未来的聚合物太阳能电池商业化应用中具有巨大潜力。     

PbSe纳米晶的制备及在太阳能电池中的应用

基于简单的溶剂注射工艺制备了PbSe纳米晶，利用平均粒径为5nm的PbSe米晶制备了P3HT／PbSeeh,P3HT／PbSe／PCBM两种结构的纳米晶聚合物太阳能电池，P3HT／PbSe电池的最高光电转换效率为O．19％，而基于三相体系P3HT／PbSe／PCBM池的光电转换效率为2．09％，说明PCBM对提高电池的光电转换效率具有重要的作用。     

ZnO纳米四脚状阵列电极染料敏化太阳能电池

采用化学气相沉积(CVD)法制备了不同尺寸的四脚状纳米ZnO和ZnO纳米棒。采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对纳米ZnO的晶型结构和形貌进行表征,研究结果表明CVD法制备的四脚状纳米ZnO具有三维空间结构,其最小平均臂宽约为70nm,臂长约300nm,制备的纳米棒直径约为84nm,长约2μm,且都为六方纤锌矿晶型结构。将ZnO纳米四脚状及纳米棒利用滚涂法在FTO导电玻璃上形成ZnO光阳极,经N719染料敏化后组装成染料敏化太阳能电池,光电性能结果表明,染料敏化小尺寸的四脚状纳米ZnO太阳能电池光电转换效率(η=1.88%)高于染料敏化大尺寸的四脚状纳米ZnO太阳能电池光电转换效率(η=1.18%),远高于染料敏化ZnO纳米棒太阳能电池的光电转换效率(η=0.7%)。     

TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构的制备及光电性能

采用两步水热法在无种子层的基础上制备了新颖的TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构。采用旋涂辅助连续离子反应方法分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2纳米棒-ZnO纳米片分级结构中沉积窄禁带半导体光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO分级纳米结构复合膜。利用SEM、TEM、XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等分析手段对样品的形貌结构以及电极的光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,沉积光敏层CdS后,TiO2纳米棒-ZnO纳米片分级纳米结构膜的瞬态光电流明显高于TiO_2纳米棒阵列膜,尤其是在500nm处光电响应出现明显增强;以P3HT为p型聚合物材料组装杂化太阳电池,光伏性能测试结果表明,以P3HT/CdS/TiO_2-ZnO分级结构复合膜制备的杂化太阳电池能量转换效率可达0.65%,与P3HT/CdS/TiO2复合膜制备的杂化太阳电池的能量转换效率相比提高了58%。     

聚合物基微纳米复合材料的制备及微型注塑加工研究

微型高分子功能器件具有独特优点,发展迅速,应用广泛,是当今科学技术的重要前沿,迫切需要发展高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,实现其微型注塑加工。介绍了近年来作者课题组在聚合物基微纳米复合材料制备及其微型注塑加工方面的研究进展:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、纳米复合、分子复合及熔融共混技术等制备适合于微成型加工的高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,如尼龙11/钛酸钡压电复合材料、聚乙烯醇/羟基磷灰石生物医用纳米复合材料、聚氨酯/碳纳米管导电复合材料等。解决了微纳米填料难分散、复合体系难加工的难题,实现了聚合物基微纳米功能复合材料的微型注塑加工,研究了其流变行为和充填行为,调控和优化了微型制品的结构与性能,为制备高性能多功能的聚合物微型器件提供了新材料、新技术和新理论。     

量子点敏化太阳能电池对电极材料的研究进展

量子点敏化太阳能电池(Quantum Dot-Sensitized Solar cells, QDSCs)制备工艺简单, 制造成本低廉, 是一种有希望的新型太阳能电池。QDSCs利用量子点具有光谱吸收强、尺寸可调和多激子效应等优点, 能够提高其光电转换效率; 同时, 利用无机量子点替代染料作为敏化剂, 能够解决染料敏化太阳能电池(DSCs)的稳定性问题。但是, QDSCs光电转换效率较低是制约其应用的主要问题。近年来, 通过改变和调控对电极的材料和电子特性提高QDSCs的光电效率的方法受到了广泛关注。本文综述了QDSCs对电极材料的制备方法、微观形貌和晶体结构; 重点分析了金属化合物、复合材料、杂化材料、多元金属硫族化合物、导电聚合物和碳材料对电极对量子点敏化太阳能电池的电荷转移阻抗、光电性能等参数的影响; 并分析影响其电催化活性和电子传输性能的主要因素。最后, 提出通过表面修饰、复合和杂化等方法构筑新型对电极材料, 进而改善和提高QDSCs转换效率和稳定性, 是今后的研究重点和研究方向。     

ZnO纳米结构/聚合物杂化太阳能电池的研究进展

在介绍电池基本理论和共混结构、取向结构不同特点的基础上,综述了近年来这两种不同结构纳米ZnO/聚合物杂化太阳能电池的最新研究进展。分析表明目前电池效率较低与光吸收效率较低、光谱吸收范围较窄、载流子迁移率不均衡、界面相容性较差等问题有关。     

POSS/聚合物杂化材料研究进展

多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)作为一种特殊的纳米级有机-无机杂化材料,可以与聚合物进行分子级复合,得到具有特殊性能的POSS/聚合物杂化材料,这成为近年来材料科学领域的研究热点之一。从POSS/聚合物杂化材料制备方法出发,主要介绍了几类典型的POSS/聚合物杂化材料的结构和性能,并对POSS/聚合物杂化材料的应用前景进行了展望。     

负载铜硫铟的鸡蛋壳膜制备染料敏化太阳能电池的对电极

通过利用一种生活中常见的垃圾-鸡蛋壳膜(Chicken Eggshell Membranes,ESM)作为原料,以简单的液相浸渍和炭化的方法制备了负载铜硫铟(CuInS2)纳米晶的碳化鸡蛋壳膜(Carbonized Chicken Eggshell Membranes,CESM),并应用于染料敏化太阳能电池的对电极。利用场发射扫描电镜、X-衍射、透射电镜和激光拉曼等相关测试表征了所制备CuInS2-CESM复合材料的形貌和结构,结果表明其呈现由碳纳米纤维组成的三维多孔网络结构,并且碳纳米纤维上均匀地分布着平均尺寸约为25nm的黄铜矿CuInS2纳米晶。太阳能电池光电性能测试表明,CESMCuInS2对电极比CESM对电极显示了更佳的短路电流密度(J_(sc)=12.48mA/cm~2)、开路电压(V_(oc)=0.78V)和光电转换效率(η=5.79%),并且接近于标准Pt对电极的光电性能。     

Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶在光电器件方面的应用研究进展

Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶与聚合物的复合物在光电器件领域的应用近年来成为国内外研究的热点。综述了近几年来半导体纳米晶/共轭聚合物在有机/无机复合电致发光器件和太阳能电池方面的应用进展情况，着重强调了其发展历程，并对其存在的问题进行了分析，展望了其发展前景。     

TiO_2分枝纳米棒阵列的制备及其在杂化太阳能电池中的应用

采用水热法制备了TiO_2纳米棒阵列及TiO_2分枝纳米棒阵列,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜观察了样品的微观结构形貌。以TiO_2纳米棒及分枝纳米棒阵列作为光阳极,组装成聚-3己基噻吩∶富勒烯衍生物/TiO_2(P3HT∶PCBM/TiO_2)杂化太阳能电池,测试了电池的光电性能。结果表明:用分枝结构纳米棒阵列制备的杂化电池效率显著高于普通TiO_2纳米棒阵列电池。由漫反射谱和电化学阻抗谱测量结果分析可知,由于分枝结构增大了TiO_2纳米棒阵列的比表面积,加快了载流子传输,减少了界面载流子复合,同时也增强了入射光散射,从而提升了杂化电池的性能。     

纳米结构太阳能电池材料的研究进展

纳米结构材料是当今科学研究的热点,它应用于太阳能电池具有成本低、稳定性好、光电转化率高等特点.介绍了纳米结构材料,如自组装纳米结构的有机盘状液晶太阳能电池和无机纳米晶太阳能电池材料(主要包括敏化TiO2纳米晶、CdSe和CdTe纳米晶、Si基纳米结构)的研究和应用进展,并展望了这些纳米结构材料作为太阳能电池材料的未来发展.     

无机杂化纳米晶最新研究进展

无机杂化纳米晶是2种或多种无机材料纳米晶通过界面外延而获得的纳米系统.综述了无机杂化纳米晶研究的国内外最新发展,重点讨论了现有各制备方法的关键控制因素以及组元间的作用机制对产物性能的影响,展望了该领域今后的研究方向.     

有机-无机杂化一维磁性自组装聚合物纳米链的研究进展

随着纳米科技的发展,有机-无机杂化一维磁性自组装聚合物纳米链的设计合成与应用成为新的研究热点。综述了有机-无机杂化一维磁性自组装聚合物纳米链的磁场诱导自组装、模板诱导自组装和偶极诱导自组装等制备方法,并介绍了其在光学、生物医学和水处理等领域的应用。最后指出有机-无机杂化一维磁性自组装聚合物纳米材料制备技术存在的不足,并对其应用前景进行展望。     

N719染料敏化BaTiO_3@TiO_2纳米复合电极的制备及性能研究

BaTiO_3是非常常见的铁电材料,经常用于制备铁电光伏器件或与半导体器件相结合来优化光伏器件的光电性能。采用水热法合成了BaTiO_3纳米颗粒,并在FTO玻璃上制备了BaTiO_3纳米晶薄膜,通过TiCl_4水溶液后处理的方法在BaTiO_3纳米薄膜上形成不同厚度的TiO_2层,利用XRD、SEM和TEM分别对BaTiO_3@TiO_2纳米复合薄膜的物相和形貌进行了表征。将此电极经N719染料敏化后作为染料敏化太阳能电池的光阳极,并进行了光电性能测试。研究结果表明,水热法制备的BaTiO_3薄膜晶型为四方相,呈球形多孔,平均粒径约50 nm;经过TiCl_4后处理,在BaTiO_3薄膜表面形成了锐钛矿相的TiO_2颗粒。180℃下水热合成的BaTiO_3纳米颗粒经过4次TiCl_4后处理制备成的染料敏化太阳能电池取得了最优性能,其光电流密度9.78 mA cm~(-2),开路电压765 mV,填充因子76.1%和光电转换效率5.69%。     

静电纺丝聚丙烯腈基杂化复合纤维制备及其应用研究现状

聚丙烯腈是用于静电纺丝的主要高分子聚合物原料,采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈基杂化复合纤维,或再经预氧化炭化制备纳米碳纤维的研究已取得了许多有意义的成果.为了对静电纺丝制备聚丙烯腈基有机无机杂化复合微纳米纤维及其碳纤维更深入的了解,介绍了静电纺丝的相关基本原理和技术进展.对以聚丙烯腈为主要聚合物原料,添加或不添加其他有机...