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...     

分子取向调控对有机太阳电池器件性能的提升

活性层形貌对有机太阳电池的器件效率有着重要的影响。调控活性层中的分子取向是优化其形貌的方式之一。本文旨在采用Layer-by-Layer (LbL)的方法调控有机太阳电池活性层中分子的取向,进而提升电池器件的效率。通过向电子受体中加入不同的添加剂实现活性层中受体分子(Y6)的取向调节,优化后器件的能量转换效率达到16.2%。利用椭圆偏振光谱和掠入射广角X射线散射(GIWAXS)技术对活性层薄膜进行了表征,结果表明,向受体中加入1, 8-二碘辛烷(DIO)作为添加剂后,活性层中的Y6分子倾向水平取向,向受体中加入氯萘(CN)作为添加剂后,Y6分子倾向于垂直取向。电学和光学表征结果表明,Y6的水平取向增加了器件内激子的分离效率,进而提升了器件的能量转换效率。     

降低全聚合物太阳能电池光伏效率的温度依赖性（英文）

全聚合物太阳能电池(All-PSCs)具有良好的机械稳定性和热稳定性,受到人们的广泛关注.目前,提高全聚合物太阳能电池性能的关键是改善活性层的形貌.本文通过逐层(LBL)工艺,优化了薄膜形貌,实现了更好的电荷产生和传输,增加了激子扩散长度,提高了电荷产量,并抑制了复合损失.此外,本文进一步研究了LBL制备的全聚合物太阳能电池中的激子/电荷行为与温度的依赖性关系.详细的原位光谱测量和光电特性表征表明,独特的形态延长了激子寿命,减少了电荷陷阱,并促进了电荷传输和收集.因此,准双层PM6/PYF-T-o器件的能量转换效率(PCE)显著提高(16.70%).此外,与BHJ器件相比,通过LBL工艺制备的器件,实现了增强的分子有序性,降低了能级混乱度,使得器件填充系数和PCE温度依赖性减弱.本工作为太阳能电池在温度可变环境下的电荷传输行为和光伏性能提供了新的认识,也为其实际应用提供了理论依据.     

国家纳米中心在有机太阳能电池研究方面取得进展

正近日,中国科学院国家纳米科学中心纳米系统与多级次制造重点实验室研究员魏志祥、吕琨、博士邓丹和西安交通大学教授马伟等合作,设计并合成的可溶性有机小分子光伏材料,通过活性层形貌优化,获得了11.3%的光电转换效率,这是目前文献报道的可溶性有机小分子太阳能电池的最高效率,也是有机太阳能电池的最高效率之一。相关研究成果发表在《自然-通讯》上。     

基于苯并二噻吩的非对称型小分子给体材料的合成及其在有机太阳能电池中的应用

以烷氧基和苯基作为一维和二维取代基来构造非对称型的苯并二噻吩(BDT)结构,以三联噻吩作为偶联π桥,以氰基乙酸异辛酯作为封端基团,设计并合成了基于非对称型BDT的小分子DCA3TPBDTOC16和DCA3TFPBDTOC16-m,并首次将该类型的小分子作为活性层给体材料应用到有机太阳能电池器件中。两个小分子均表现出良好的热稳定性,较宽的吸收峰和较为平整的平面构型,最终,小分子DCA3TPBDTOC16表现出0.30%的光电转换效率(PCE),相应的开路电压(VOC)为0.387V,短路电流密度(JSC)为2.126mA/cm2,填充因子(FF)为29.39%,在此基础上,在BDT侧链上的苯环取代基上引入F原子来优化来调控分子能级,最终小分子DCA3TFPBDTOC16-m表现出了1.20%的PCE值,VOC为1.007V,JSC为1.61 mA/cm2,FF为29.34%,其中VOC=1.007V与目前为止基于苯并二噻吩的小分子给体材料所表现出的最高开路电压值相近。这些结果表明,基于非对称型BDT的小分子给体材料在有机太阳能电池应用上具有巨大的潜力。     

体相异质结型有机太阳能电池的研究进展

基于电子给/受体共混体系制备的体相异质结型有机太阳能电池是一种低耗、高效的有机光伏器件.作为器件核心,光电转化共混活性层的质量优劣会直接影响器件的能量转换效率.研究发现,不同的给/受体材料组成、2种材料的共混比例、共溶剂的选择以及器件的热退火处理等因素都可影响到活性层质量.结合上述研究热点,综述了体相异质结型有机太阳能电池近年来的研究进展,阐述了该研究领域下一步发展的重点、趋势及前景.     

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。     

上转换发光纳米材料对钙钛矿太阳能电池迟滞效应和离子迁移动力学的影响

迟滞效应是影响钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的重要问题,离子迁移和由此产生的界面离子积累是引起迟滞效应最重要的原因之一。本研究采用上转换发光纳米材料(Upconversion Luminescent Nanoparticles,UCNP)修饰电子传输层/钙钛矿活性层的界面及本征钙钛矿活性层,系统探究了UCNP对钙钛矿的形貌、结构、光谱/光电性能和离子迁移动力学的影响。结果表明:钙钛矿活性层经过UCNP修饰后器件的光电转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)最佳(16.27%),而且迟滞因子(Hysteresis Factor,HF)得到显著改善(0.05)。进一步采用回路切换瞬态光电技术系统探究了钙钛矿太阳能电池不受光生载流子干扰的离子迁移动力学过程,证明UCNP在光电转换过程中起到抑制离子累积和迁移的双重作用:一方面UCNP可以形成阻隔层,阻碍离子累积;另一方面,UCNP可以在退火过程中进入到钙钛矿体相晶界处,阻碍离子迁移,使恢复电压从0.43 V降低到0.28 V。极化诱导缺陷态模型解释了离子-载流子相互作用机制,阐释了UCNP抑制钙钛矿光伏器件迟滞...     

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。     

CIS太阳电池材料的研究进展

综述了国内外太阳电池及其材料的发展概况.目前应用的光电转换材料主要有硅材料和化合物半导体材料,介绍了用这几类材料制作的太阳电池的特点,重点介绍了其光电转换效率.在薄膜电池材料中重点综述了铜铟硒(CIS)基薄膜太阳电池的研究进展.由于制约太阳电池发展的关键问题是制备成本高和转换效率低,提出了采用化学法制备CIS基薄膜材料及其梯度带隙,该方法将开辟高性能CIS基吸收层薄膜材料及其器件制备的低成本新途径.     

大π共轭分子四苯基二苯并荧蒽及二茚并苝的有机光电器件研究进展

近年来,有机半导体的开发及应用推动了有机光电器件的迅速发展。其中小分子半导体器件相比聚合物半导体器件具有更好的重现性和可控性,制备工艺更多样化,界面调控更简单且机理更清晰。然而,小分子半导体在成膜设备和成膜工艺方面要求相对更高,尤其是工艺参数对膜中分子聚集态和取向性有显著影响。目前,小分子半导体材料存在的不足在于:(1)常规制备工艺难以获得分子排列高度有序的薄膜;(2)可同时蒸镀和溶液加工的小分子半导体相对缺乏;(3)光吸收范围相对较窄且激子扩散长度较短。2009年首次报道的二萘嵌苯类小分子半导体四苯基二苯并荧蒽(Tetraphenyldibenzoperiflanthene,DBP)及其衍生物二茚并苝(Diindenoperylene,DIP)凭借优异的光电性能,如DBP在可见光区强吸收、双极传输特性、高空穴迁移率、强水平分子取向趋势、高光/热稳定性以及DIP的双极传输特性、垂直分子取向和高结晶性等,引起了越来越多的关注。近年来,研究者们主要从设备改造、制备工艺、器件结构和材料匹配等方面进行尝试,不断提升基于DBP和DIP的有机光电器件的性能。DBP和DIP在有机光伏电池、有机发光二极管、有机晶体管中被有效应用。主要通过热退火和溶剂蒸气退火工艺提升DBP光伏电池的光电流、填充因子,并将DBP作为受体匹配合适的给体或将DBP与非富勒烯受体匹配后获得更高的开路电压。在基于DBP的有机发光二极管和有机场效应晶体管方面,主要研究了器件性能与缓冲层传输特性、发光层结构、基板温度和沟道长度等之间的关联性。关于DIP薄膜,近几年的研究工作将角度倾斜沉积、温度控制、退火工艺、分子模板等手段引入到薄膜分子取向调控中。并利用DIP的双极传输制备了基于DIP给体或DIP受体的光伏电池,获得了较高的电池效率(5. 8%)。此外,通过易结晶的DIP诱导其他半导体材料的分子排列提升有机场效应晶体管的迁移率。本文系统综述了DBP和DIP的材料特性及其在上述多种有机光电器件中的重要研究进展,并对其研究趋势进行了深度展望,以期为这类小分子半导体的分子设计及应用提供参考。     

有机薄膜太阳能电池

有机太阳能电池作为一种新兴的有着巨大潜力的光电转换器件,吸引了越来越多的关注。综述了有机薄膜太阳能电池主要的两种器件结构的研究进展,即基于无机异质结发展出来的双异质结型有机太阳能电池和基于扩展双层异质结活性层受限的接触面积而提出的体异质结型太阳能电池;阐述了这两种器件结构的工作原理、影响有机太阳能电池光电转换效率的因素以及两种结构的不足之处,并展望了有机太阳能电池发展的广阔前景。     

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。     

铜酞菁与富勒烯共混层对柔性薄膜太阳电池光伏性能的影响

在柔性PET-ITO衬底上制备了结构为ITO/CuPc/CuPc:C60/C60/Al的柔性薄膜太阳电池.结果发现,共混层的嵌入,可增大给体/受体界面,提高激子扩散效率,从而提高器件光电转换效率.当共混层CuPc与C60>的摩尔比为1 : 2时,光吸收效率较高,且共混层颗粒均匀分散,光电转换效率达0.63%.     

大面积有机–无机杂化钙钛矿薄膜及其光伏应用研究进展

有机–无机杂化钙钛矿太阳能电池具有制备成本低、光电转换效率(Photoelectric Conversion Efficiency, PCE)高的巨大优势,显示出广阔的商业化前景。经过十几年的深入研究,钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)的实验室器件(<1 cm2)、大面积器件(1～10 cm2)、迷你模组级器件(10～800 cm2)和模组级器件(>800 cm2)的最高认证PCE已分别提升至26.10%、24.35%、22.40%和18.60%。随着PSCs面积扩大,PCE急剧下降,这主要是因为制备方法的局限性,难以获得高质量的大面积钙钛矿薄膜。实验室器件常采用的旋涂法难以应用到实际生产中,目前大面积钙钛矿薄膜的制备方法主要有刮涂法和狭缝涂布法,但其存在薄膜成核结晶过程难以精确控制等问题。本文从大面积有机–无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法入手,介绍了大面积钙钛矿层成膜机制及薄膜质量提升策略。最后,对未来高PCE、高稳定性的大面积PSCs的制备技术和应用进行了展望,旨在对高性能的大面积PSCs研究提供有益参考。     

聚合物光伏电池结构调控的研究进展

聚合物太阳能电池作为一种新型的清洁能源,因其具有质轻、柔性、可穿戴、与环境兼容等突出优势而备受各国政府、企业和科研人员的重视。经过三十多年的发展,聚合物太阳能电池的能量转换效率已经突破10%,体现出良好的应用前景。聚合物光伏电池效率的提高不仅归功于对器件光物理过程的认识,还取决于高性能给、受体材料的合成和器件结构的调控优化。为了梳理近年来聚合物光伏电池所取得的研究进展,文中将从聚合物光伏器件的结构出发,综述活性层形貌调控、界面修饰以及器件构型等方面的研究进展。最后对聚合物光伏器件的发展趋势进行了展望。     

聚合物光伏电池结构调控的研究进展EI北大核心CSCD

聚合物太阳能电池作为一种新型的清洁能源,因其具有质轻、柔性、可穿戴、与环境兼容等突出优势而备受各国政府、企业和科研人员的重视。经过三十多年的发展,聚合物太阳能电池的能量转换效率已经突破10%,体现出良好的应用前景。聚合物光伏电池效率的提高不仅归功于对器件光物理过程的认识,还取决于高性能给、受体材料的合成和器件结构的调控优化。为了梳理近年来聚合物光伏电池所取得的研究进展,文中将从聚合物光伏器件的结构出发,综述活性层形貌调控、界面修饰以及器件构型等方面的研究进展。最后对聚合物光伏器件的发展趋势进行了展望。     

一种可增强光陷阱效应的多孔ZnO/PEIE电子传输层在高效有机太阳能电池中的应用

在本工作中,我们制备了一种多孔的有机/无机复合电子传输层(P-ZnO),并将其成功用于反向有机太阳能电池中.P-ZnO不仅拥有适宜的功函,且可形成较大欧姆接触面积的独特表面,有利于器件中的电荷提取.与ZnO基器件相比,P-ZnO基器件的活性层具有增强的光陷阱效应.在PBDB-T/DTPPSe-2F,PM6/Y6和PTB...     

锡基钙钛矿太阳电池的研究与展望

铅基钙钛矿材料由于具有独特的光学和电学特性成为光电应用的新星材料。但是铅金属对环境不友好,制约着其商业化的发展。而锡基钙钛矿材料由于其具有低毒性、较宽的吸收光谱、更高的迁移率使其成为有希望实现商业化的光伏器件。目前,锡基钙钛矿太阳电池的光电转换效率(PCE)已超过14%,但远远不及铅基钙钛矿器件。本综述讨论了锡基钙钛矿材料不同组分工程、不同钙钛矿器件结构以及不同添加剂对锡基钙钛矿器件性能和稳定性的影响,并对钙钛矿太阳电池的发展进行总结和展望,旨在为制备高效稳定的锡基钙钛矿太阳电池提供有益的启示。     

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.