基于无序堆积的呋喃类液晶小分子的高效有机光伏器件（英文）

将具有高迁移率和强分子间作用的液晶小分子引入有机光伏器件活性层中被认为是一种提升光电转换效率的有效策略.不同于常规的认识,本文展示了“弱结晶材料同样能优化活性层形貌和提升光伏器件效率”的三元有机光伏器件调控新策略.本文设计合成了两个基于苯并二呋喃给体单元的液晶小分子Z1和Z2,发现具有无序堆积特性的Z2基三元有机光伏器件展现出了更高的光电转换效率(Z2:PM6:BTP-eC9,PCE:18.12%; Z2:PM6:Y6, PCE:17.66%)和更优异的器件稳定性.而基于高度有序的Z1的三元有机光伏器件却表现出明显降低的能量转换效率.光电器件和活性层薄膜形貌的协同表征说明Z2基三元体异质结薄膜的高光电效率主要归因于其更优的电荷传输效率和更合适的相分离尺度.该研究工作展示的有机光伏器件第三组分的调控新策略对新型高效光伏器件的制备具有重要的指导意义.     

顺序加工有机光伏器件的相分离及结晶性调控

活性层形貌对有机光伏器件性能有重要影响, 在本体异质结( BHJ)结构中, 活性层微观形貌复杂, 难以精确调控.相比之下, 顺序加工P-i-N结构可以单独加工给/受体, 使得形貌调控更简单易行.然而, 目前顺序加工形貌优化的相关机理研究相对缺乏, 不利于其在大面积器件中的应用.基于此, 采用顺序刮涂制备了基于PM6/Y...     

通过侧链工程提高A-D-A'-D-A型非稠环电子受体的光伏性能（英文）

非稠环电子受体(NFREA)具有合成简单和结构修饰灵活的特点,是制备高性能低成本有机太阳电池(OSCs)的理想材料.本工作以不同侧链修饰的二氟苯并三氮唑(ffBTz)作为弱缺电子核(A’),分别设计合成了三种A-D-A’-D-A型NFREA,即ffBTz-BO、ffBTz-EH和ffBTz-C4.其中,ffBTz-EH,由于其合适的侧链长度,在分子结晶度和分子堆积优势取向之间取得了平衡,从而获得了更高的电荷迁移率.并且得益于高效的电荷传输和最合适的相分离形貌,基于ffBTz-EH的OSC获得12.96%的最高能量转换效率,这也是A-D-A’-D-A型NFREA获得的最高效率之一.本研究表明,A’核心上的烷基侧链在调节分子结晶度、活性层形貌和进一步调控器件性能方面起着至关重要的作用,这为未来设计高效低成本的A-D-A’-D-A型非稠环电子受体提供了思路.     

P3HT聚集体结构对有机太阳电池效率的影响

为探究有机太阳电池活性层聚集体结构与器件效率的关系,本文以丙酮和正己烷为不良溶剂,诱导聚(3-己基噻吩)(P3HT)分子结晶,通过改变两种溶剂的滴加时长,制备了一系列尺寸均匀、分散性好以及分子排列有序的P3HT纳米颗粒。利用原子力显微镜(AFM),紫外可见光谱仪(UVVis),X射线衍射仪(XRD)等手段表征了纳米颗粒的尺寸、形貌和结晶有序性。将P3HT纳米颗粒和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)混合成膜制备了本体异质结有机太阳电池,发现基于尺寸相近但沿π-π堆砌方向结晶更有序的P3HT纳米颗粒的器件显示更高的光电转换效率。     

共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池

全聚合物太阳电池(all-PSCs)由p-型共轭聚合物给体和n-型共轭聚合物受体共混活性层夹在ITO透明电极和金属顶电极之间所构成,除具有一般有机太阳电池器件结构简单、质量轻、可以制备成柔性和半透明器件等优点外,还具有形貌和光照稳定性好及抗弯折性能高等突出特点,最近成为有机太阳电池领域的研究热点.给体和受体光伏材料的吸...     

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。     

两步旋涂沉积条件对钙钛矿薄膜形貌和电池性能的影响研究

钙钛矿薄膜的制备条件和生长过程对其太阳电池性能有着至关重要的影响。基于两步旋涂法,采用4种不同的薄膜工艺制备了平面异质结型钙钛矿太阳电池,系统地研究了CH3NH3PbI3薄膜形貌对于太阳电池性能的影响。实验发现,PbI_2溶液的溶剂成分以及CH_3NH_3I溶液的浓度对于生成的CH_3NH_3PbI_3光活性层形貌和太阳电池性能有着显著影响。相比于纯的N,N-二甲基甲酰胺(DMF),采用DMF/二甲基亚砜(DMSO)的混合溶剂配制PbI_2溶液,获得的钙钛矿薄膜层更加平整致密,器件性能更高且性能的重现性更好。通过制备条件的优化,得到了14.2%的最佳能量转换效率。此外还分析了器件伏-安(J-V)特性测量中出现的回滞现象及其可能原因,并发现在空穴层传输层和金电极间插入6nm MoO_3层能够显著地抑制J-V回滞效应。     

L-3-(4-吡啶基)-丙氨酸钝化钙钛矿太阳电池界面缺陷

近年来钙钛矿材料因其优异的光电性能而成为光伏领域的研究热点, 但调控钙钛矿太阳电池内界面缺陷仍是亟需解决的关键问题之一。本研究在溶液两步法制备钙钛矿光吸收层的过程中引入有机小分子添加剂(L-3-(4吡啶基)-丙氨酸(L-3-(4-pyridyl)-alanine, (PLA))。测试结果显示引入PLA可提高器件的各光电性能参数, 含PLA器件的最优能量转换效率为21.53%, 而参照器件为20.10%。进一步研究表明引入PLA可延长荧光寿命, 降低器件的陷阱态密度(从5.59×10¹⁶cm^-3降至3.40×10¹⁶cm^-3), 促进界面电荷抽取, 抑制载流子复合。器件性能的提升是由于PLA促进PbI₂在钙钛矿薄膜晶界处富集及PLA在界面处锚定起到了钝化缺陷的作用。本研究可以为进一步调控钙钛矿太阳电池的缺陷提供借鉴。     

太阳能电池新型聚合物给体材料的性能研究

设计合成了新型聚合物给体材料PTT-FTQ,以PTT-FTQ∶PCBM体系作为活性层,研究了给受体比例及膜厚、受体类型、添加剂等因素对有机太阳能电池性能的影响。结果表明,当给受体比例为1∶2时,PTT-FTQ能与受体PC61BM形成良好的网络结构,活性层薄膜表面变得更加光滑平整,在活性层膜厚为120 nm时,有利于吸收光子,传输激子,器件能量转化效率达到2.12%,采用1,8-二碘辛烷(DIO)做添加剂,在添加量为溶剂的1%时,效率提升到2.18%,随着DIO加入量的增加,反而会减少给受体间的界面接触面积,导致激子的解离效率和载流子的传输效率大幅度降低。而采用PC71BM做受体时,电池的短路电流密度比PC61BM体系下的要大得多,但是开路电压会稍低,这主要是PC71BM有较强的光谱吸收但LUMO能级较低,PTT-FTQ∶PC71BM体系能量转化效率达到2.78%。     

基于透明活性层的高效柔性半透明有机太阳能电池（英文）

柔性和半透明是有机太阳能电池(OSCs)的重要优势,受到科学界和工业界的广泛关注.目前,提高柔性半透明OSCs(ST-OSCs)性能的关键是柔性透明电极(FTEs)和吸光活性层.本文制备了透过率为84.8%的复合FTEs,这使得活性层可以高效捕获太阳光,优化了器件中的光管理.此外,在活性层中采用了多种成熟的策略,包括构筑类合金近红外受体(Y6:m-BTP-PhC6)和稀释可见光范围强吸收的给体(PM6),使得每个光子被精确利用,有效平衡了ST-OSCs效率和透过率之间的冲突.利用以上策略,提高了活性层中可见光的透过和近红外光的吸收,最终获得了高透明度的活性层,其平均可见光透过率(AVT)值为39.3%.基于此,柔性不透明和半透明OSCs分别获得了16.44%和11.48%的能量转换效率,这是目前柔性ST-OSCs的最高效率之一.本工作对实现具有优异鲁棒性和高性能的ST-OSCs具有重要的指导意义,也为其实际应用迈出了重要一步.