聚合物太阳能电池光敏层材料及形貌的研究进展

聚合物太阳能电池由于质量轻、成本低、柔韧性好及制备工艺简便等优点而具有巨大的潜在应用价值,是太阳能电池发展的新方向.但是聚合物太阳能电池的能量转换效率较低,达不到商业化应用的要求,如何提高电池效率仍是目前研究的重点.聚合物材料和光敏层的形貌是影响太阳能电池性能的两大要素,从机理方面分析了限制太阳能电池效率的一些因素,介绍了聚合物材料的新进展,探讨了聚合物材料设计的原则及方法,着重探讨了形貌对太阳能电池性能的影响以及改进形貌的方法及其理论基础,并展望了聚合物太阳能电池未来的发展趋势.     

无机电荷传输层在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中的应用及研究进展

近年来,基于有机-无机杂化钙钛矿材料为光活性层构建的太阳能电池由于具有直接带隙、吸光系数高、激子束缚能低、激子和载流子扩散距离长,以及成本低、制备工艺简单、光电转换率高、易于实现大面积柔性器件等优点,而成为当今新型光伏技术中一颗耀眼的新星。在钙钛矿太阳能电池中,电荷传输层在提高光电转换效率、稳定性及寿命等方面扮演着非常重要的角色,其中无机电荷传输层因具有载流子迁移率高、稳定性好、制备工艺简单等优势越来越受到人们的关注。本文总结了无机电荷传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用,详细介绍了各种无机电子/空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

基于噻吩-苯非对称单元的DPP类聚合物给体材料的合成及光伏性能

为了优化聚合物太阳能电池的光伏性能,设计合成了一种基于噻吩-苯非对称单元的二酮吡咯并[3,4-c]吡咯(DPP)类聚合物给体材料(PDPP-PT).非对称结构的设计使得该聚合物具有较好的分子堆积,有利于器件的制备.该聚合物具有范围在300~900 nm的宽吸收光谱、1.5 eV的窄光学带隙.在器件性能方面,活性层厚度达260 nm时,测得开路电压(Voc)为0.68 V,光电转换效率(PCE)为1.51%.因此,PDPP-PT给体材料在制备厚活性层太阳能电池时具有一定的优势并为聚合物给体材料的分子设计提供了一种新的思路.     

含F有机供-受体聚合物给体材料研究进展

有机受供体聚合物薄膜太阳能电池的活性层是由共轭材料构成。其中含氟聚合物材料因氟原子的存在,有着优异的物理化学性质而被应用到有机太阳能电池的功能材料中,其不仅能提高有机太阳能电池的光电转化效率,还能增强电池的稳定性。目前已报道的基于含F聚合物的光伏器件(organic photovoltaic device,OPV)光电转化效率(power conversion efficiency,PCE)最高已达到12%,应用前景巨大。综述了3类受体单元上含F有机聚合物供体材料近几年的研究进展,并简要分析了F原子的个数以及所在区域位置的不同对器件性能的影响。最后对含氟共轭聚合物在有机太阳能电池未来的发展做出了展望。     

CuxO用于调控全无机碳基CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池的界面性能

基于CsPbI₂Br的全无机碳基钙钛矿太阳能电池由于碳电极与钙钛矿层间接触性能较差和能带不匹配等问题,导致其光电转化效率较低。本文采用简单的葡萄糖还原法结合煅烧技术制备了两种不同形貌和结构的规则八面体构型Cu_xO,将之作为无机空穴传输材料,制备了结构为导电玻璃(FTO)/SnO₂/CsPbI₂Br/CuxO/C的碳基钙钛矿太阳能电池,研究了CuO和Cu₂O的形貌、结构对光电性能的影响机制。结果显示：CuO和Cu₂O皆具有良好的化学稳定性和p型载流子传输特性,可有效增强CsPbI₂Br钙钛矿层与碳电极层之间的界面接触,改善载流子传输性能,减少电荷复合,延长光电子寿命。基于Cu₂O和CuO的CsPbI₂Br基碳基钙钛矿太阳能电池(C-PSC)器件的光电转换效率最高分别为11.62%和13.22%,分别比空白对照器件的光电转化效率提高了19.5%和36.0%。此外,通过添加Cu₂     

钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展及模组产业化趋势

有机无机杂化钙钛矿材料具有优异的光电特性，在光伏、显示和传感领域均获得了广泛关注。近年来，钙钛矿太阳能电池技术发展迅速，在效率提升和面积放大方面不断取得突破，但钙钛矿材料和器件的稳定性问题一直没能得到根本性的解决，严重制约了钙钛矿光伏器件的实用性能及商业化推广进程。钙钛矿太阳能电池的不稳定性来源于器件中钙钛矿层、电荷传输材料和电极材料的失效，失效原因主要包括光照、水分、温度和氧气等环境因素，因此深入理解各因素对钙钛矿太阳能电池稳定性的作用机理至关重要。此外，与晶硅和其他薄膜电池相比，钙钛矿太阳能电池在材料性能、器件结构等方面都有较大差别。目前晶硅电池和其他薄膜电池的稳定性评价方法和测试手段对钙钛矿太阳能电池不能完全适用，为了使不同机构间钙钛矿太阳能电池稳定性的测试结果可以对比，需要统一稳定性测试标准。本文总结了钙钛矿材料及光伏器件稳定性的影响因素，剖析了光照、水分、温度和氧气等环境因素对钙钛矿器件稳定性的作用机理，并对提升钙钛矿太阳能电池稳定性的方法进行了综述。最后分析了钙钛矿太阳能电池稳定性的评价方法和测试手段，并对钙钛矿太阳能电池的未来发展方向进行了预测，以期为钙钛矿太阳能电池商业...     

有机太阳能电池阴极界面层概述

体相异质结聚合物太阳能电池因具有质轻、柔韧性好、便于大面积印刷等优点引起了越来越多的关注。近年来,聚合物太阳能电池取得了较大的进步。然而,聚合物太阳能电池要实现商业化大面积制备还需要解决一些科学问题,如电荷的分离、传输和收集效率低等。良好的界面接触对提高器件性能至关重要。本文综述了聚合物太阳能电池界面层的作用及分类,包括无机类、富勒烯类、水/醇溶性中性共轭聚合物、水/醇溶性离子型共轭聚合物电解质、超支化小分子和苝酰亚胺衍生物。     

富勒烯在新型太阳能电池中的应用

新型太阳能电池包括有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和量子点太阳能电池等,是一类十分有前景的光伏器件,目前有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的能量转换效率分别超过了19%和25.6%。富勒烯材料具有较高的电子迁移率和良好的电子特性,被广泛应用于有机太阳能电池活性层、界面层,钙钛矿太阳能电池活性层和中间层等。在有机太阳能电池中,富勒烯材料作为活性层受体,可以提高器件电子传输能力;作为界面修饰层,可以有效降低接触电阻,抑制载流子的复合。在钙钛矿太阳能电池中,富勒烯材料作为活性层添加剂能钝化钙钛矿缺陷,抑制迟滞效应;作为中间层能优化界面形貌,促进电荷的提取与输运。本文综述了富勒烯材料在各个组成部分中的研究进展,并展望了富勒烯材料在各个组成部分中的发展前景,在此基础上,提出了未来的研究方向。     

基于噻吩-苯非对称单元的DPP类聚合物给体材料的合成及光伏性能

为了优化聚合物太阳能电池的光伏性能,设计合成了一种基于噻吩-苯非对称单元的二酮吡咯并[3,4-c]吡咯(DPP)类聚合物给体材料(PDPP-PT)。非对称结构的设计使得该聚合物具有较好的分子堆积,有利于器件的制备。该聚合物具有范围在300~900nm的宽吸收光谱、1.5eV的窄光学带隙。在器件性能方面,活性层厚度达260nm时,测得开路电压(Voc)为0.68V,光电转换效率(PCE)为1.51%。因此,PDPP-PT给体材料在制备厚活性层太阳能电池时具有一定的优势并为聚合物给体材料的分子设计提供了一种新的思路。     

二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的研究进展

太阳能作为自然界中丰富的可持续清洁能源,可以在解决当前能源短缺问题的同时有效减少因过度消耗化石燃料造成的环境污染问题。近年来,第三代新型薄膜太阳能电池,如染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs)等,凭借其原料丰富、制造成本低廉和光电性能良好等优点而受到广泛关注。然而,新型薄膜太阳能电池器件的电荷传输性能和运行稳定性与正式商用的要求仍有一定差距。二维MXene材料具有比表面积高、表面官能团丰富、导电性优良、功函数可调和亲水性等优点,已成为能源转换领域的研究热点。鉴于此,本文在综述二维MXene材料的结构、光学和电学特性的基础上,阐述了近些年二维MXene材料应用于新型薄膜太阳能电池的研究进展,并重点探讨了二维MXene材料增强太阳能电池光电性能的机制。二维MXene材料可通过作为钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层和电荷传输层的添加剂、修饰染料敏化太阳能电池的光电阳极和制备电极,来调整能带对齐、降低功函数、拓宽吸光范围和形成“柱撑效应”,有效改善器件的光吸收效率、载流子迁移率和电荷提取能力,从而提升器件的光电性能和稳定性。最后,结合目前的研究进展,对二维MXene材料在新型薄...     

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。     

倒置钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的研究进展

倒置钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有器件结构简单、吸光系数高、迟滞效应小、良好的缺陷容忍性等优点,受到了广泛的关注。但倒置器件光电转换效率(PCE)尚有待提高,究其原因是空穴传输层(HTL)和钙钛矿层界面处的能量损失表现出相对较小的开路电压。文章综述了包括有机聚合物、无机物、尖晶石氧化物等作为空穴传输材料的相关研究进展,进一步分析了通过调节电极/空穴传输层能级使之与钙钛矿价带匹配,及通过界面修饰促进器件对载流子的注入与收集,从而提高光电转换效率的研究现状。对提高倒置钙钛矿太阳能电池性能的研究具有一定的指导意义,最后对倒置器件的应用前景进行了展望。     

有机电子传输材料在反式钙钛矿太阳能电池中的研究现状

近年来,反式结构的钙钛矿太阳能电池凭借制备工艺简单、可低温成膜、迟滞效应低、适合与传统太阳能电池结合制备叠层器件等优点,受到了人们广泛的关注,经过几年的发展,反式钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已从3.9%提升到25.37%。其中电子传输层作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,在提取和运输载流子、阻挡空穴、调节界面能级结构和抑制电荷复合等方面起着关键性的作用。一些有机材料(富勒烯及其衍生物、苝二酰亚胺、萘二酰亚胺等)凭借容易合成和纯化、能级可调、电子迁移率高、溶解性好、化学/热稳定性良好等优势,已经广泛应用于反式钙钛矿太阳能电池。本文主要介绍了不同有机电子传输材料在反式钙钛矿太阳能电池中的研究现状,还介绍了电子传输层掺杂和界面修饰两种提升器件性能的改性手段,旨在为开发全新的有机电子传输材料提供基础性的理论指导。     

共轭长度增加的非富勒烯稠环受体在有机太阳能电池中的应用

文中合成了一种拥有更长共轭长度的新的稠环小分子IDT-2T-IC,并作为非富勒烯受体用于聚合物太阳能电池(PSCs)。其热力学性质、吸光特性及电化学性能被详细表征。该材料在300~850nm波长范围内有宽的吸收,同时还显示了较强的聚集趋势。将该材料作为电子受体,与聚合物给体PTB7-Th共混制备本体异质结(BHJ)太阳能电池,在对器件优化后,电池的能量转换效率(PCE)达到2.17%。     

聚合物阴极界面修饰材料在有机太阳能电池中的最新研究进展

有机太阳能电池由于具有制作成本低廉、质轻、制备工艺简单、易于制备大面积的柔性器件等明显优势,引起了科学工作者们的极大关注。研究结构新颖、性能优越的阴极界面修饰材料成为太阳能电池研究的热点。介绍了有机太阳能电池的基本结构,综述了聚合物阴极界面修饰材料的设计策略和研究新进展,对该类型材料的发展趋势和研究方向进行了展望。     

CuPc/C60薄膜太阳能电池的制备及膜厚对其光电性能的影响

本文采用CuPc作为电子给体,C60作为电子受体制备了ITO/CuPc/C60/Al异质结太阳能电池。实验表明器件中活性层(CuPc/C60)对太阳能电池的光电性能有很大的影响。主要原因是有机物的激子扩散长度大约是十几纳米左右,产生的激子大多数在未到达异质结之前就已经复合。本文讨论了活性层(CuPc/C60)的厚度比,并获得其最优比例。     

氧化钼空穴传输层在有机太阳能电池中的研究进展

有机太阳能电池是一类具有前途的解决能源和环境问题的太阳能电池。其中有机太阳能电池中的空穴传输层对器件性能起着重要的作用。氧化钼因无毒、高功函等优点,在有机太阳能电池中作为空穴传输层得到了广泛的应用研究。从氧化钼的制备和器件结构方面综述了氧化钼在有机太阳能的研究成果,初步展望了其以后的发展方向。     

碳材料在太阳能电池对电极中的研究进展

简要说明了太阳能电池对电极的作用,并阐述了铂对电极、镍对电极、聚合物对电极和氧化铜对电极目前的发展状况.碳材料具有良好的导电性能和催化性能,具有制备太阳能电池对电极的基本性质.详细论述了碳材料对电板的制备工艺及其性能参数,与其它对电极相比,碳材料制备的对电极导电性能好,光电转化率可达到铂电极的90%,优于其它材料制备的对电极,而且价格低廉,因此碳材料对电极具有广阔的发展前景.碳材料对电极是染料敏化太阳能电池的重要研究方向.     

长余辉荧光结构层增强CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池（英文）

光吸收在提高量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)的功率转换效率(PCE)方面起着至关重要的作用.本研究采用简单的刮涂法将多功能长余辉荧光层(LPP)引入到CdS/CdSe QDSSCs中.LPP层不仅可以增强光的捕获,还可以加速CdS/CdSe QDSSCs的电荷转移.因此,LPP层的引入有效地提高了CdS/CdSe QDSSCs的短路电流密度和相应的PCE.当采用橄榄绿荧光层时,PCE高达5.07%,与常规CdS/CdSe QDSSCs(4.08%)的功率转换效率相比,PCE提高了24%.此外,经过一分钟的太阳光照射(AM 1.5G,100 mW cm^-2),由于LPPs的储能特性,太阳能电池可在黑暗中继续工作.本研究不仅为QDSSCs提供了提高PCE的有效方法,而且为全天候QDSSCs的制备提供了可能.     

聚焦钙钛矿光伏器件中慢速动力学机制研究进展

利用光伏效应直接将太阳能转化为电能,是获取可持续清洁能源的重要途径之一。近年来,钙钛矿太阳能电池成为光伏领域的研究热点,随着结构调控和制备工艺的不断发展,目前其光电转换效率已经突破25%。虽然钙钛矿光伏器件具有制备条件温和、成本低、效率高等优点,但该类光伏器件呈现出秒量级甚至分钟量级的慢速动力学现象,这对钙钛矿光伏器件性能以及正确认识光电转换动力学造成较大的影响。迄今对慢速动力学的认识仍处于猜测阶段,尚缺乏系统认识。其中离子迁移和缺陷态属性被当作慢速动力学的主要研究目标。本文从钙钛矿光伏器件原初的电荷分离开始,分析了钙钛矿太阳能电池在多时间跨度内的载流子动力学行为;讨论了可能造成钙钛矿光伏器件慢速动力学的原因,认为可以从关键的钙钛矿活性层切入;揭示了钙钛矿活性层结构对慢速动力学的影响机理;为全新认识钙钛矿太阳能电池光电转换过程提供新思路,从而进一步指导器件设计和制备。