基于氧化石墨烯空穴传输层的钙钛矿太阳能电池

采用溶液旋涂法在平面异质结型钙钛矿电池中引入氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),制备了GO、GO∶(PEDOT:PSS)复合薄膜和GO/PEDOT∶PSS双层薄膜作为空穴传输层的电池,其光电转换效率分别为1.86%、7.35%、7.69%,基于PEDOT∶PSS空穴传输层的对照电池的效率为7.38%.主要原因是GO具有绝缘性,作为阳极界面层时,随着GO薄膜厚度增加,器件的串联电阻增大,从而降低了电池的短路电流和效率.为提高GO导电性,并改善其功函数,将GO氨化改性后与PEDOT:PSS组合构成双空穴传输层,所得电池取得了7.69%的较高效率,表明该方式是GO用于钙钛矿电池空穴传输层的有效途径.     

氧化石墨烯作为共蒸镀掺杂材料在OLED中的应用

通过共蒸镀掺杂的方法,分别用氧化石墨烯和NPB掺杂作为空穴传输层以及氧化石墨烯和Alq3掺杂作为电子传输层和发光层,制备了两种不同的有机电致发光器件。器件性能测试结果表明:相对于未掺杂的参比器件,氧化石墨烯与NPB共蒸镀掺杂的器件性能降低,与Alq3共蒸镀掺杂的器件性能提高。其中,氧化石墨烯掺杂量为Alq3的10%时,器件发光亮度为掺杂前的1.2倍,电流效率为掺杂前的2倍。这一工作为进一步提高OLED性能提供了新的途径。     

采用PEABr添加剂获得高效且稳定的碳基CsPbBr3太阳能电池

全无机CsPbBr₃钙钛矿材料因其本征稳定性好、成本低廉从而在光伏领域展现出巨大的应用潜力,但目前CsPbBr₃太阳能电池的光电转换效率仍远低于其他体系的钙钛矿太阳能电池.本文以无空穴传输层结构的碳基CsPbBr₃全无机钙钛矿电池作为研究对象,以多步旋涂法为基础,通过在PbBr₂(DMF)溶液中添加2-苯乙胺溴盐(PEABr)来调控CsPbBr₃薄膜的结晶质量,降低薄膜缺陷态密度,钝化晶粒间界,并对其中的关键工艺参数包括CsBr的用量(旋涂次数)、旋涂PbBr₂薄膜时的衬底预热温度以及退火温度进行了优化.最终在大气环境下获得了兼具稳定和高效的无空穴传输层结构的碳基CsPbBr₃太阳能电池,器件的光电转换效率达到8.25%,并在无封装条件下保存1500 h仍可保持90%以上的效率,对于进一步拓展CsPbBr₃钙钛矿电池的优化设计思路具有重要意义.     

PEDOT:PSS薄膜的山梨醇掺杂对光电池性能的影响

采用共混-旋涂技术在ITO导电玻璃上制备出经山梨醇掺杂的PEDOT:PSS导电膜,将所制得的薄膜作为空穴传输层用于有机太阳能电池研究.通过对比分析掺杂前后光电池暗电流曲线与光电流曲线的变化,考察了山梨醇掺杂对器件光伏性能的影响,并就其中的影响机理进行了讨论分析.结果表明,山梨醇的加入,可以明显提高光电池的短路电流,填充因子以及能量转换效率.较未掺杂器件,8wt %山梨醇掺杂条件下,器件短路电流由8.82 mA/cm²增加至11.27 mA/cm²,FF由0.43 关键词： PEDOT:PSS薄膜 山梨醇 有机太阳能电池 性能     

二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用

开发新型无机空穴传输层材料是钙钛矿电池实现商业应用的重要挑战之一。本文开展了二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用研究。采用液相超声剥离法成功制备了WS 2纳米片,并将其引入钙钛矿太阳能电池中用作空穴传输层。结果表明,当WS 2纳米片溶液浓度为1 mg/mL时,制备的WS 2纳米片空穴传输层具有较合适的厚度,并且后续在其上生长的钙钛矿活性层成膜质量高、结晶性能好,电池取得6.3%的光电转换效率。结果证实WS 2纳米片可作为新型无机空穴传输层材料用于钙钛矿太阳能电池。     

紫外臭氧处理超薄银修饰ITO电极的高效柔性有机太阳能电池（英文）

以紫外臭氧处理超薄Ag复合MoO_3或PEDOT∶PSS修饰ITO电极的高效柔性有机太阳能电池。通过优化紫外臭氧处理Ag薄膜的时间,提高了以P3HT∶PCBM为有源层的器件的功率转换效率,从1.68%(未经过紫外臭氧处理)提高到2.57%(紫外臭氧处理Ag 1 min)。提高的原因推测是紫外臭氧处理形成了AgO_x薄膜,提高了电荷提取并使器件具有高光学透明度、低串联电阻和优异的表面功函数等一些性能。并且,紫外臭氧处理Ag薄膜与MoO_3或者PEDOT∶PSS复合修饰ITO的器件效率分别得到提高,Ag薄膜与MoO_3复合修饰ITO的器件效率从2.02%(PET/ITO/MoO_3)提高到2.97%(PET/ITO/AgO x/MoO_3),Ag薄膜与PEDOT∶PSS复合修饰ITO的器件效率从2.01%(PET/ITO/PEDOT∶PSS)提高到2.93%(PET/ITO/AgO x/PEDOT∶PSS)。此外,以PBDTTT-EFT∶PC71BM为有源层的柔性聚合物太阳能电池效率可达6.21%。基于ITO的柔性光电器件效率的提高主要归于ITO被Ag/PEDOT∶PSS或Ag/MoO_3修饰后功函数的提高。     

石墨烯衍生物作为有机太阳能电池界面材料的研究进展

本文综述了石墨烯及其衍生物作为界面材料在有机太阳能电池中的应用, 包括作为阳极界面层、阴极界面层和叠层电池中间层等方面. 氧化石墨烯由于较好的透光性, 易于分散在水溶液中与溶液加工等优点已被应用在有机太阳能电池中. 对氧化石墨烯作为阳极界面层的研究包括通过部分还原或掺杂提高其导电性、通过引入高负电性原子提高其表面功函数, 以及通过与其他材料复合提高性能等. 同时, 本文综述了石墨烯衍生物及复合材料作为有机太阳能电池阴极界面层和叠层电池中间层的研究. 最后本文展望了石墨烯及其衍生物在有机太阳能电池与有机无机复合钙钛矿太阳能电池中的应用前景.     

氧化石墨烯与水溶性酞菁铜的表面增强拉曼散射光谱特性研究

采用氧化石墨烯(GO)作为表面增强拉曼散射的基底,水溶性酞菁铜(TSCuPc)作为探针分子,实验探究了氧化石墨烯薄膜的层数和TSCuPc薄膜的厚度对拉曼散射增强的影响。首先配制了不同浓度的GO溶液,利用旋涂法在玻璃基底上制备了不同层数的GO膜,然后通过调节TSCuPc薄膜的旋涂转速,制备了GO和TSCuPc的复合薄膜。实验结果表明,当增加GO薄膜层数时,由GO和TSCuPc产生的π-π共轭所感应的分子极化率和由GO含氧官能团感应的局域电场均增大,因此TSCuPc分子的拉曼强度增大,且随着层数的增加,增强呈现饱和趋势;而随着TSCuPc薄膜厚度的增加,由于其自身分子间也存在π-π共轭,TSCuPc分子的拉曼光谱强度呈近似线性增加,且由TSCuPc薄膜厚度引起的首层效应并不是很明显。选用的可以溶液法成膜的TSCuPc分子,通常被用作有机光电子器件的空穴注入材料,研究GO与TSCuPc的表面增强拉曼光谱特性,为优化器件参数以提高有机光电子器件的电荷转移效率等性能具有重要的意义。     

NiO_x作为空穴传输层对有机太阳能电池光吸收的影响

基于多层膜系模型的传输矩阵方法、麦克斯韦方程和光子吸收方程,研究了NiOx作为替代3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的空穴传输材料对聚3-己噻吩(P3HT)和富勒烯衍生物([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester,PC61BM)共混体异质结有机太阳能电池器件内部光电场分布和光吸收特性的影响.分别制备了以NiOx和PEDOT:PSS为空穴传输层,P3HT:PCBM为活性层的有机太阳能电池,并通过数值模拟的方法比较了NiOx和PEDOT:PSS两种空穴传输材料对器件光伏特性的影响.结果表明:10 nm的NiOx空穴传输层器件比40 nm的PEDOT:PSS器件获得了更大的短路电流和填充因子,并具有更高的能量转化效率.     

PS-TPD空穴传输层的高亮度绿光有机电致发光器件的研究

研究了不同质量比的聚苯乙烯(PS)三苯基二胺(TPD)复合空穴传输层对有机电致发光器件(OLED)性能的影响。采用此掺杂体系作器件的空穴传输层,利用旋涂工艺制备了结构为indium-tin-oxide(ITO)/polystyrene(PS)∶N,N′-bis(3-methylphenyl)-N,N′-diphenylbenzidine(TPD)/tris-(8-hydroxyquinoline)-aluminium(Alq3)/Mg∶Ag的双层有机电致发光器件。为便于比较,另直接蒸镀TPD薄膜做空穴传输层制备了相似结构的器件。利用飞行时间法对不同PS-TPD质量比例的薄膜的空穴迁移率进行了表征,并对器件的电致发光特性进行了测试。测试结果表明,掺杂薄膜的空穴迁移率比纯TPD膜的低1~2个数量级。当质量比为m(PS)∶m(TPD)=10∶90时,器件具有最高光亮度14280 cd/m2和最高流明效率1.2 l m/W。说明适当质量比PS的引入相对降低了薄膜的空穴迁移率,调节了TPD的空穴传输能力,更有效地平衡了复合区内正负载流子的数目,从而提高了器件的发光亮度和效率。     

氧化锌锡作为电子传输层的量子点发光二极管

本文研究了以胶状量子点作为发光层和有机/无机混合材料作 为电子-空穴传输层的电致发光二极管器件. CdSe 量子点以薄膜的形式夹在无机氧化锌锡电子传输层和有机TPD空穴传输层中间构成三明治结构. 氧化锌锡电子传输层采用磁控溅射实现, 有机TPD空穴传输层和量子点发光层则采用旋涂的方法制备, 得到的QD-LEDs器件结构界面陡峭、表面平整. 光电特性表征结果显示器件的电致发光具有良好的单色性、低的开启电压, 利 用具有高电子迁移率和低载流子浓度的无机氧化锌锡薄膜作为电子传输层可 以实现器件在大气环境下稳定、明亮的电致发光. 本文分析了器件的工作机理并通过改变氧化锌锡的电导率达到控制器件中电子和空穴的注入比的目的, 优化了器件的光电性能. 关键词： 量子点 氧化锌锡 电致发光 电子传输层     

锡基钙钛矿太阳能电池载流子传输层的探讨

锡基钙钛矿太阳能电池可避免铅元素对环境带来的污染,近年来已成为光伏领域的研究热点.本文以SCAPS-1D太阳能电池数值模拟软件为平台,对不同电子传输层和不同空穴传输层的锡基钙钛矿太阳能电池器件的性能进行数值仿真对比,从理论上分析不同载流子传输层的锡基钙钛矿太阳能电池的性能差异.结果显示,载流子传输层与钙钛矿层的能带对齐对电池性能至关重要.电子传输层具有更高的导带或电子准费米能级以及空穴传输层具有更低的价带或空穴准费米能级时,对电池输出更大的开路电压有促进作用.另外,当电子传输层的导带高于钙钛矿层导带或钙钛矿层的价带高于空穴传输层的价带时,钙钛矿层与载流子传输层界面形成spike势垒,界面复合机制相对较弱,促使电池获得更佳的性能.当Cd0.5Zn0.5S和MASnBr3分别作为电子传输层和空穴传输层时,与其他材料相比,获得了更优的输出特性:开路电压Voc=0.94 V,短路电流密度Jsc=30.35 mA/cm^2,填充因子FF=76.65%,功率转换效率PCE=21.55%,可认为Cd0.5Zn0.5S和MASnBr3是设计锡基钙钛矿太阳能电池结构合适的载流子传输层材料.这些模拟结果有助于实验上设计并制备高性能的锡基钙钦矿太阳能电池.     

基底温度对喷涂技术制备大面积有机太阳能电池性能的影响

以聚3-己基噻吩（P3HT）和富勒烯衍生物（PCBM）体系的有机太阳能电池器件为基础,采用喷涂法制备了有机太阳能电池的空穴传输层和有机功能层,研究了基底温度对薄膜的形貌和器件性能的影响,并采用喷涂技术制备了一面积为11.2 cm²的大面积有机太阳能电池器件。研究发现,随着基底温度的升高,薄膜的粗糙度下降,吸收率提高,当基底温度为130 ℃时器件的性能最优,面积为25 mm²的器件的能量转换效率为2.09%。将多个独立的小面积电池进行串联和并联,制备了有效面积为11.2 cm²的大面积有机太阳能电池组件,其能量转换效率为1.83%,在面积增大44.8倍的情况下,效率仅损失不到13%。     

调控空穴传输层的分子取向提高有机发光二极管性能EI北大核心CSCD

有机发光二极管(OLED)器件性能的提高一直是有机电致发光领域备受关注的研究课题之一,通过优化OLED器件中的载流子平衡是提高OLED器件性能的一个非常重要的手段。但是,调控空穴传输层或电子传输层中的分子取向,从而优化器件中的载流子平衡未被关注。本文通过对空穴传输层进行不同温度的退火处理来改变空穴传输层中的分子取向,研究分子取向对其空穴迁移率和OLED器件性能的影响。研究发现,退火温度的升高使得空穴传输层中具有垂直取向的分子的比例增加,促进了空穴迁移率的提高。当把具有不同分子取向的空穴传输层应用于OLED器件时,可以清楚地观察到载流子平衡因子对器件性能的影响。     

调控空穴传输层的分子取向提高有机发光二极管性能

有机发光二极管(OLED)器件性能的提高一直是有机电致发光领域备受关注的研究课题之一,通过优化OLED器件中的载流子平衡是提高OLED器件性能的一个非常重要的手段。但是,调控空穴传输层或电子传输层中的分子取向,从而优化器件中的载流子平衡未被关注。本文通过对空穴传输层进行不同温度的退火处理来改变空穴传输层中的分子取向,研究分子取向对其空穴迁移率和OLED器件性能的影响。研究发现,退火温度的升高使得空穴传输层中具有垂直取向的分子的比例增加,促进了空穴迁移率的提高。当把具有不同分子取向的空穴传输层应用于OLED器件时,可以清楚地观察到载流子平衡因子对器件性能的影响。     

有机/有机界面污染对有机电致发光器件稳定性的影响(英文)

有机电致发光器件的稳定性是其实用化面临的主要难题之一。为了研究有机/有机界面性质对有机电致发光器件稳定性的影响,采用溶液旋涂的NPB(NPBSC)作为器件的空穴传输层制备了两种异质结电致发光器件:ITO/NPBSC/Alq3/LiF/Al和ITO/NPBSC/NPB/Alq3/LiF/Al,对比研究了器件的发光性能和工作稳定性。研究结果表明:完全使用NPBSC作为空穴传输层的器件性能和稳定性都较差,这归因于不稳定的NPBSC/Alq3界面,在空气中旋涂制备NPB层时,空气中的水蒸气和氧气分子会粘附在空穴传输层表面,这样就会引起界面处Alq3分子的发光猝灭。插入10 nm真空蒸镀的NPB层可以显著地提高器件的发光性能和稳定性,10 nm的NPB层把污染界面与激子复合区界面分开,避免了水蒸气和氧气分子对Alq3分子的发光猝灭,器件的效率增加了1.15 cd/A,半衰期寿命提高了4倍。     

在空穴传输层聚(3-己基噻吩)中添加1,8-二碘辛烷改善碳基钙钛矿太阳能电池的性能

无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能(PSCs)电池拥有成本低、制备步骤简单、稳定性高的优点,应用前景广阔.但是碳电极与活性层的直接接触,导致器件的光电转换效率普遍低于其他金属电极的钙钛矿太阳能电池.本文使用聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为器件的空穴传输层,相比传统的有机空穴传输层材料Spiro-OMeTAD,具有低成本和易于制造的优点,并通过在P3HT中掺杂1,8-二碘辛烷(DIO)的方法优化其光电性能,提升了载流子的迁移率,阻挡电子的运输,降低界面复合,改善了碳电极与器件的界面接触,提高了短路电流J_(sc)和填充因子FF,使器件的初始光电转换效率从14.06%提升至15.11%.器件在氮气环境下测试稳定性,连续光照1000 h后器件的转换效率仍保持在98%以上.     

双添加剂处理电子传输层富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯对钙钛矿太阳能电池性能的影响

有机无机复合钙钛矿材料被证明是非常出色的光伏材料,目前主要通过优化钙钛矿材料的结晶和形貌来提高钙钛矿太阳能电池的效率.而对于电荷传输层,特别是p-i-n结构中电子传输层的研究相对较少.因此,本文制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3Pb I3/PCBM/Al的钙钛矿太阳能电池通过在电子传输层富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯(PCBM)中添加聚苯乙烯(PS)和1,8-二碘辛烷(DIO)使得钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从10.8%提升到了12.5%.分析了性能提高的原因主要是:1)添加剂PS的加入提升了PCBM的黏度,从而形成了质量更高、更平滑的膜层,这有利于抑制电子和空穴在钙钛矿层和电子传输层之间的复合;2)添加剂DIO的加入改善了电子传输层的形貌,有利于电荷的分离、传输和收集.研究结果表明用成本较低的添加剂处理可以改善电子传输层的形貌和膜层的质量达到了改善电荷传输特性的效果提升了钙钛矿太阳能电池的效率为提升钙钛矿太阳能电池性能提供了一条可行的路径.     

扭曲二维结构钝化的钙钛矿太阳能电池

有机-无机钙钛矿材料是一种新兴的可溶液加工的薄膜太阳能电池材料.通过向钙钛矿中引入低维结构能够显著提高其材料稳定性和器件稳定性.首先,探究了一种双阳离子2, 2’-联咪唑(BIM)形成的铅基二维钙钛矿;然后,通过单晶衍射手段发现了一种新型的扭曲二维结构;最后,通过一步旋涂方法将这种扭曲二维结构引入到钙钛矿薄膜中,所得到的太阳能电池器件效率达14%,并且具有较好的稳定性.本文提供了一种新的钙钛矿薄膜的钝化体系,并且直接运用于太阳能电池器件的制备,为提高钙钛矿太阳能电池的稳定性提供了新的发展思路.     

基于新型复合传输层的有机太阳能电池模组器件（英文）

通过刮涂制备薄膜衬底和真空蒸镀有机小分子材料来构筑复合界面传输层,制备了大面积有机太阳能电池模组器件。通过透射光谱、传输层粗糙度形貌、表面浸润性、不同衬底的光吸收层粗糙度形貌、刮涂的均匀性研究了同传输层对OSCs器件性能的影响。实验结果表明,当在AZO衬底表面蒸镀一层电子致密层时,即新型复合传输层并未影响基片在300～900 nm范围内的透过率,并且BPhen电子致密层可以有效地提高基片表面的平整度和浸润性,这也有利于后续光吸收层溶液的刮涂,提高涂膜的质量和稳定性。通过不同基底刮涂光吸收层薄膜表面粗糙度以及形貌图,其新型复合传输层作为衬底刮涂出的光吸收层薄膜的表面粗糙度有了明显的降低,表明平整的基底有利于刮涂出表面均一的薄膜。由此制备的基于新型复合传输层的刚性、柔性模组器件的开路电压(V_(oc))、短路电流密度(J_(sc))和填充因子(FF)都有大幅度的提高。最终制备的新型刚性模组器件光电转化效率(PCE)提高到10.62%,提升了约13%;柔性模组器件的光电转化效率(PCE)达到5.13%,提升了32%。