硅/有机杂化太阳电池中PEDOT:PSS改性的研究进展

近年来,硅/PEDO T:PSS杂化太阳电池因其材料成本低廉、制备工艺简单和效率极限高等优点引起了人们的关注和研究.作为空穴选择接触,PEDO T:PSS具备与硅匹配的能带结构,但其电导率低、功函数不理想和成膜质量差等缺点将限制硅/PEDO T:PSS杂化太阳电池的性能.共溶剂、表面活性剂和下转换效应材料等物质的掺杂或后处理可以改善PEDO T:PSS的电导率、成膜质量和光子利用能力等性质.通过上述改性来克服PEDO T:PSS的缺点是提升此类太阳电池性能的一种有效途径.本文介绍了PEDO T:PSS的性质和硅/PEDO T:PSS杂化太阳电池的工作原理,并详细阐述了PEDO T:PSS改性的原理及研究进展,总结了亟待解决的问题并展望了未来的发展趋势.     

Si/PEDOT:PSS异质结太阳能电池研究进展

以有机材料作为空穴传输层的Si/有机杂化太阳能电池由于其器件结构与制备工艺的不断优化,在短期内实现了理论探究与合成应用的快速增长。但有机材料具有的导电性低和复合界面间稳定性差等缺点,严重影响了复合器件的光电转化效率和使用寿命,阻碍了异质结太阳能电池的技术发展与市场应用。在Si/有机杂化太阳能电池领域,聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)是目前为止效果最佳的有机半导体。PEDOT∶PSS具有高导电性和高透过率等特点,使其成为一种理想的有机空穴传输层材料,并在异质结太阳能电池技术发展和工业应用中脱颖而出。利用PEDOT∶PSS的高导电性能可实现空穴的有效传输,其较高的透过性降低了P-N结生成过程中的寄生吸收,并且在制备中免去了传统硅基太阳能电池所需的高温环节,有效地降低了实际生产成本。近五年来,为降低PEDOT∶PSS中绝缘的PSS对电子传输和表面复合性的影响,大量学者进行了掺杂改性和界面设计的研究工作,有效降低了绝缘性PSS带来的影响,充分发挥了PEDOT高透性和高导电率的优势,优化表面陷光性和器件稳定性,实现了光电转化效率从5.09%至17.4%的大幅度跳跃。本文从Si/PEDOT∶PSS异质结太阳能电池的结构与工作原理出发,重点介绍了Si材料和PEDOT∶PSS有机物的表面修饰、PEDOT∶PSS的掺杂改性、界面氧化层改性和对嵌入式微电网电极改造手段及它们对整体器件性能提升的影响等工作,归纳并分析了Si/PEDOT∶PSS杂化太阳能电池的最新研究进展,展望了太阳能电池的技术研发和理论研究,对未来Si/PEDOT∶PSS异质结太阳能电池的实验室技术研发与工业化生产应用具有一定参考意义。     

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。     

热处理PEDOT∶PSS对聚合物太阳电池性能的影响

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)∶poly(styrene-sulfonate)(PEDOT∶PSS)的性质对聚合物电池性能有很大影响,热处理不仅能提高其导电性,还能改善其形貌。将旋涂好的PEDOT∶PSS分别在真空条件以及氮气气氛下进行热处理,结果发现与真空下热处理相比,在氮气气氛下热处理的PEDOT∶PSS颗粒连接性较好,电导率较高,透过率也较高,旋涂活性层后薄膜粗糙度也较低。制备的电池与在真空条件下的比较,短路电流提高了约65%,填充因子提高了约22%,使得光电转换效率提高了约147%,达到0.37%。     

PEDOT:PSS薄膜性能优化的研究进展EI北大核心CSCD

作为一种电极材料或电极修饰材料,PEDOT：PSS薄膜常用于有机光电器件领域的应用研究。然而,较低的电导率（≤0．8S／cm）与酸性（pH=1.5～2．5）已成为限制PEODT：PSS薄膜在上述领域进一步应用的瓶颈,因此,PEDOT：PSS薄膜性能优化正在成为一个新的研究热点。文中综述了近年来PEDOT：PSS薄膜性能优化研究的新进展,着重论述了有机物掺杂、无机物掺杂、热处理、紫外／臭氧处理、氧等离子体处理以及外加电场等多种方式对PEDOT：PSS薄膜电／光性能的优化效果及相关机理研究。同时,文章对PEDOT：PSS薄膜性能优化研究工作中存在的焦点问题亦进行了客观分析与评价,并探讨了未来研究重点。     

有机无机杂化太阳能电池的研究进展

概括介绍了有机无机杂化太阳能电池的结构、原理及制备方法,从无机材料的具体形态和有机材料种类的选择入手阐述其对电池整体转化效率的影响,探索了其他方法完善杂化电池性能的研究进展,指出了改进有机无机杂化太阳能电池性能的相关途径。     

静电纺丝制备Te纳米线/PEDOT:PSS热电薄膜及性能研究

近年来,用于健康、 环境监测的可穿戴传感器和电子设备发展迅速,由此对可持续能源收集与供应技术提出了新的要求.有机柔性热电材料和装置能够将热量直接转换成电能,且凭借其固有的柔韧性、 低毒性和简单易得等优点,受到越来越多的关注.静电纺丝技术是制备纳米纤维膜的常用方法,具有简单、 通用、 易于控制等优点,在柔性电子器件领域具...     

Chemical Coupled PEDOT:PSS/Si Electrode: Suppressed Electrolyte Consumption Enables Long‑Term Stability

Huge volume changes of Si during lithiation/delithiation lead to regeneration of solid-electrolyte interphase(SEI)and consume electrolyte.In this article,γ-glycidoxypropyl trimethoxysilane(GOPS)was incorporated in Si/PEDOT:PSS electrodes to construct a flexible and conductive artificial SEI,effectively suppressing the consumption of electrolyte.The optimized electrode can maintain 1000 mAh g^−1 for nearly 800 cycles under limited electrolyte compared with 40 cycles of the electrodes without GOPS.Also,the optimized electrode exhibits excellent rate capability.The use of GOPS greatly improves the interface compatibility between Si and PEDOT:PSS.XPS Ar+etching depth analysis proved that the addition of GOPS is conducive to forming a more stable SEI.A full battery assembled with NCM 523 cathode delivers a high energy density of 520 Wh kg^−1,offering good stability.     

碳纳米管和二甲基亚砜对钙钛矿太阳电池中PEDOT:PSS空穴传输层的协同影响

聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)是平面结构钙钛矿太阳电池中空穴传输层的典型材料, 为了改善其导电性能以及促进后续钙钛矿层的生长, 本文将碳纳米管(CNTs)和二甲基亚砜(DMSO)同时引入PEDOT:PSS进行共修饰。结果表明: CNTs和DMSO在CNT-DMSO-PEDOT:PSS共修饰膜中展现了优异的协同效应。均匀贯穿于基体且几近网格状的CNTs具有促进后续钙钛矿层生长及降低共修饰膜方块电阻的功能; DMSO扮演着加强共修饰膜的导电能力及控制CNTs流失的角色。因此, 与单修饰膜相比, 共修饰膜不仅能更有效地传输电荷, 而且其表面生长的钙钛矿层晶粒尺寸更大, 覆盖率更高。此外, 共修饰膜在可见光范围内仍然保持优异的透光率, 550 nm波长处的透光率为88.8%。组装成器件后, 共修饰膜的光电转换效率(PCE)为5.75%, 远高于CNTs和DMSO单修饰膜及纯PEDOT:PSS膜, 后三者的PCE分别为3.01%、2.03%和1.30%。     

基于PEDOT:PSS电极的柔性透明IPMC材料研究

透明柔性功能材料对于现代机械电子器件的发展至关重要。本工作通过结合溶液浇铸法和滚涂法探索了Nafion/IL基体膜、PEDOT:PSS电极的透明IPMC材料制备工艺,研究了其力电特性及电致动性能规律,并针对主要的制备工艺参数进行了正交优化,对Nafion/IL基体膜厚度、每侧PEDOT:PSS电极滚涂量、浸泡在IL中的热压时间以及糙化程度的影响水平进行了深入分析。根据正交优化参数制备的透明IPMC具有良好的光学透明性、电化学特性以及力学特性。本工作制备的透明IPMC在5 V电压作用下最大尖端位移峰-峰值可达11.824 mm,且具有高频响应特性,有效响应频率高达100 Hz。本工作对丰富IPMC制备工艺方法、推动IPMC材料在透明柔性电子器件领域的应用具有重要意义。     

二元溶剂掺杂的PEDOT/PSS在纸上的导电性研究

目的 提高纸张基底上有机材料的导电性。方法 以有机半导体材料聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT/PSS）为导电材料,以不同纸张（硫酸纸、胶版纸、复印纸和喷墨打印纸）做基底,利用二甲基亚砜（DMSO）、异丙醇（IPA）二元溶剂掺杂PEDOT/PSS溶液,对比分析PEDOT/PSS涂层在纸张上的导电性能,同时探讨多层单一浓度、多层降浓度、多层升浓度涂布对涂层导电性能的影响。结果 在PEDOT/PSS溶液中掺杂单一溶剂DMSO,添加DMSO体积分数为5%时,可以得到最佳的导电性能;通过二元溶剂掺杂优化PEDOT/PSS溶液在纸上的成膜,最佳体积分数为23%;同时在不同浓度配方下,喷墨打印纸的涂层导电性能最好;多层降浓度涂布可以将涂层方阻由13 kΩ/□降为0.255 kΩ/□。结论 利用二元溶剂掺杂能够在很大程度上提高了PEDOT/PSS导电涂层的导电性能;表面致密、平滑及透气性低的纸张是最佳的基底选择;多层降浓度涂布是最佳方式。     

PEDOT:PSS掺杂丝素蛋白复合薄膜的半导体性能

为了揭示丝素蛋白与有机半导体聚合物聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)复合薄膜作为有源层的场效应,采用旋涂制膜法在重掺杂氧化硅片上制备了厚度均一、表面平整度较好的场效应晶体管,并探索了这种生物相容性可降解材料作为半导体的潜质。通过XRD、紫外-可见光分光光度计、FTIR和拉曼光谱等表征手段研究了丝素蛋白与PEDOT∶PSS复合薄膜的构象变化。复合薄膜晶体管的输出和转移特性曲线表明,器件的开关电流比为3、阈值电压为20 V、场效应迁移率为7.9 cm~2/(V·s)。实验结果表明,通过在丝素蛋白中添加PEDOT∶PSS制备复合材料依然能够有效保留有机半导体的优良电学性质,证明了通过对生物材料进行掺杂是一种制备功能化生物复合材料的有效手段。     

热定型工艺对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维结构和性能的影响

将PVA水溶液与PEDOT∶PSS水分散液共混,制备出混合均匀的PVA/PEDOT∶PSS混合纺丝液,通过改变湿法纺丝后处理工艺中的热定型制备出不同热定型温度下的PVA/PEDOT∶PSS共混导电纤维。探究了热定型工艺对共混纤维结构和性能的影响,并分析了影响机理。借助红外光谱分析仪(FT-IR),X射线衍射仪(XRD),高阻计,电子单纤维强力仪和扫描电子显微镜(SEM)对共混纤维进行测试表征。结果表明:热定型温度对共混纤维的结晶性能,导电性能,拉伸力学性能,表面形貌及热稳定性均有一定程度的改善。随着热定型温度的升高,纤维大分子链的结晶程度逐渐完善,形成择优取向不明显的多晶结构;纤维电导率逐渐提高;纤维的拉伸断裂强度逐渐升高,拉伸断裂伸长逐渐降低;纤维表面的沟槽数量减少,沟槽的均匀性及平行度提高,纤维表面形貌得到改善。     

溴掺杂对PEDOT/PSS薄膜性能的影响及机理研究

为改善聚乙撑二氧噻吩∶聚（对苯乙烯磺酸）根阴离子（PEDOT/PSS）薄膜的光学及电学性能,采用共混-旋涂法在石英玻片上制备出溴掺杂的PEDOT/PSS透明导电膜,并就其掺杂导电机理进行了探讨.结果表明：经微量溴掺杂后的PEDOT/PSS薄膜,其透光性能与导电性能均得到提高;质量分数6%溴掺杂条件下,薄膜透光率为95....     

PEDOT:PSS/聚(丙烯酰胺-甲基丙烯酸)导电水凝胶的制备与性能

通过原位自由基溶液聚合法制备了聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)/聚(丙烯酰胺-甲基丙烯酸)(P(AAM-MAA))导电水凝胶.采用FTIR、Raman、TGA和SEM分别表征了PEDOT:PSS/P(AAM-MAA)的组成与形貌,测定了PEDOT:PSS/P(AAM-MAA)的透光率、电...     

水洗工艺对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维性能的影响

将PVA溶于DMSO中,制备完全溶解的PVA/DMSO溶液。将PVA/DMSO溶液与PEDOT∶PSS水分散液共混,制得混合均匀的PVA/DMSO/PEDOT∶PSS共混纺丝液。通过湿法纺丝方法将共混纺丝液挤入甲醇凝固浴以凝固成纤,随后凝固定型的纤维经过不同个数的水洗槽进行水洗而制得不同组别的PVA/PEDOT∶PSS共混纤维。探究了水洗次数对PVA/PEDOT∶PSS共混纤维性能的影响。借助扫描电子显微镜(SEM),红外光谱分析仪(FT-IR),高阻计和电子单纤维强力仪对共混纤维进行测试表征。结果表明:随着水洗次数的增加,纤维表面形貌逐渐变好,表面沟槽和凹陷数量减少,表面变得更加光滑;纤维的电导率逐渐增加;拉伸强度逐渐升高,断裂伸长率逐渐降低。     

PEDOT∶PSS及其纳米复合材料热电性质的研究进展

近年来,随着能源危机的加剧,可以将热能与电能进行直接转换的热电材料得到了广泛的关注。在众多热电材料体系中,有机无机纳米复合热电材料具有独特优势。相比于无机材料,有机材料成本低、质量轻、机械柔韧性好、热导率较低。添加不同类型的添加材料构成纳米复合材料后,额外引入的声子-界面散射能进一步降低热导率,同时有机无机材料能带不匹配引起的载流子筛选效应进一步提升塞贝克(Seebeck)系数。因此,目前大量工作证明有机无机纳米复合热电材料有潜力获得高的热电优值(Figure of merit,ZT),在微型热电制冷器件、柔性可穿戴发电设备、温度传感器等领域均具有光明的应用前景。本文聚焦聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)热电材料及以其为基底构成的纳米复合材料热电性能的研究工作,综述了提升PEDOT∶PSS热电性能的物理方法、化学试剂改性法等。进一步重点讨论了加入不同类型的无机填料的PEDOT∶PSS基纳米复合材料热电性质的研究进展,并揭示了其热电性能提升的内在机制。     

聚合物纳米晶杂化太阳能电池与水相加工

聚合物纳米晶杂化太阳能电池结合了无机纳米晶优异的光电性质和聚合物的柔性及易加工优势,近年来在相关领域引起了广泛关注.经过十多年的发展,光电转化效率从不到1％提升到现在的6.51％,并且逐渐发展出一条以水相加工为主制备聚合物纳米杂化太阳能电池的特色研究路线.水相加工过程环境友好、安全性高、易于放大生产,符合可持续发展的长...     

染料敏化太阳能电池中PEDOT/PSS-CuI复合电解质的研究

以实验室自制的无机P型半导体CuI纳米粉体、导电聚合物PEDOT/PSS及乙腈为原料,制备了PEDOT/PSS-CuI复合电解质及纯CuI固体电解质进行对比。通过X射线衍射(XRD)对CuI粉体的晶形进行了分析,用四探针电阻仪测定了电解质薄膜的电阻率,测试了染料敏化太阳能电池的性能。结果表明:当CuI在PEDOT/PSS中添加量为20%时,PEDOT/PSS-CuI复合电解质组装电池的性能最好。且PEDOT/PSS-CuI复合电解质的性能稳定性要优于纯CuI固体电解质。     

石墨烯/硅肖特基结太阳能电池的研究进展

太阳能电池利用光伏效应直接将光能转变成电能,能有效地解决未来能源危机和环境污染,符合可持续发展的理念.传统的硅基太阳能电池存在需要高温过程,工艺复杂,发电成本无法与火电和水电相抗衡等问题.针对上述问题,近年来研究人员开发了诸多新型太阳能电池以降低制造成本,其中采用石墨烯作为透明电极的石墨烯/硅肖特基结太阳能电池被认为是新一代低成本、高效率的太阳能电池.然而,石墨烯功函数较低、方阻较高,载流子沿界面复合严重,并且平面硅反射率较高,导致石墨烯/硅肖特基结太阳能电池的效率远低于传统硅基太阳能电池.因此,近年来,主要研究重点在石墨烯掺杂改性、抑制界面处的载流子复合和降低器件的反射率等方面.目前,石墨烯/硅肖特基结太阳能电池的光电转换效率(PCE)已由1.65％提升到16.61％.目前,成功应用于提升器件性能的石墨烯掺杂剂主要有HNO3、金属纳米粒子和双(三氟甲磺酰基)酰胺(TFSA)等.其中,HNO3应用最为广泛,但其稳定性较差,采用金属纳米粒子等物理掺杂可以同时提升器件的PCE和稳定性.在石墨烯和硅之间引入Al2 O3、MoS2、量子点等界面层和表面钝化,可以有效地减少硅表面的悬空键,抑制载流子复合,从而提高器件的性能.此外,研究人员通过在石墨烯表面引入TiO2、PMMA、MgF2/ZnS等减反射膜,或在硅表面引入纳米线、多孔硅等微结构,来降低器件的反射率,提高其对光的利用率.本文总结了近年来石墨烯/硅太阳能电池的研究进展,简要介绍了器件的结构和原理,重点介绍了石墨烯掺杂、石墨烯层数选择、硅的纳米或微米结构、减反射膜和界面优化等手段,分析了目前石墨烯/硅肖特基结太阳能电池商业化所面临的问题并对其提出展望,以期为制备效率高和稳定性强的新型石墨烯/硅肖特基结太阳能电池提供一定参考.