新型碳材料在钙钛矿太阳电池中的应用研究进展

新型碳材料如石墨烯及其氧化物、碳纳米管、富勒烯及石墨炔等因其优异的热学、力学、电学、光学性能成为了钙钛矿太阳电池研究的又一亮点. 本文总结了新型碳材料在钙钛矿太阳电池对电极、电子传输材料及空穴传输材料中的研究进展, 新型碳材料的引入有效地提高了钙钛矿电池的性能, 为下一步新型碳材料的应用开发以及钙钛矿电池器件的研究提供了新的思路.     

免掺杂、非对称异质接触晶体硅太阳电池的研究进展

免掺杂、非对称异质接触的新型太阳电池由于近几年的飞速发展,理论转化效率已达到28%,具有较大的发展空间,引起了人们的重视.由于传统晶硅太阳电池产业存在生产设备成本高、原材料易燃易爆等诸多限制,市场对太阳电池产业低成本、绿色无污染的期待越来越高,极大地增加了免掺杂、非对称异质接触的新型太阳电池研究和开发的必要性.为了进一步加快免掺杂、非对称异质接触晶体硅太阳电池的研究进度,本文对其发展现状进行了综述,着重讨论了过渡金属氧化物(TMO)载流子选择性运输的基本原理、制备技术以及空穴传输层、电子传输层和钝化层对基于TMO构建的免掺杂、非对称异质接触(DASH)太阳电池性能的影响,以期对电池的工作机理、材料选择有更深刻的认识,为新型高效的DASH太阳电池制备提供指导.     

Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池数值模拟

银锌锡硒(Ag2ZnSnSe4)是一种禁带宽度为1.4 eV的n型半导体材料.本文提出一种由n型Ag2ZnSnSe4与石墨烯(Graphene)组成的Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池,并借助wxAMPS软件对电池的物理机理和性能影响因素进行模拟研究.模拟结果表明,高功函数的石墨烯与n型Ag2ZnSnSe4半导体接触时,Ag2ZnSnSe4吸收层的前端能带向上弯曲,在n型Ag2ZnSnSe4吸收层表面诱导形成p型Ag2ZnSnSe4反型层,p型Ag2ZnSnSe4和n型Ag2ZnSnSe4组成p-n同质结.模拟发现石墨烯和背接触的功函数会影响载流子的分离、输运和收集,严重影响器件性能,石墨烯功函数达到5.5 eV,背接触功函数不高于4.4 eV,都有利于提高器件性能.Ag2ZnSnSe4吸收层的掺杂浓度主要影响器件的短路电流,而Ag2ZnSnSe4吸收层的体内缺陷对器件整体性能产生影响.在石墨烯和背接触功函数分别为5.5和3.8 eV,Ag2ZnSnSe4吸收层的掺杂浓度和缺陷密度分别为1016和1014 cm–3时,Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池能够取得高达23.42%的效率.这些模拟结果为设计新型高效低成本太阳电池提供了思路和物理阐释.     

不同厚度的活性层及阴极的改变对聚合物太阳电池性能的影响

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene))为电子给体材料, PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-1-phenyl-(6,6)C₆₁)为电子受体材料, 制成了共混体系太阳电池.研究了不同厚度活性层对太阳电池性能的影响.结果表明, 活性层厚度为100 nm时,太阳电池具有最佳性能.活性层厚度的增加,增大了光生电荷的复合,减少了太阳电池的填充因子,从而减少了太阳电 关键词： 太阳电池 厚度 电极 性能     

有机共混结构叠层太阳电池的研究进展

有机太阳电池由于质轻、价廉、柔性,受到人们的广泛关注.单个有机材料只能吸收部分太阳光,叠层结构的太阳电池将不同吸收带隙的有机材料通过中间层连接起来,既能充分吸收太阳光,又能提高太阳电池的开路电压或短路电流.本文综述了近年来有机共混结构叠层太阳电池的研究进展,介绍了各种叠层有机太阳电池的结构、原理及性能,阐述了国内外有机叠层太阳电池研究的现状及存在问题,为高性能有机太阳电池的研究提供有价值的参考.     

石墨烯制备方法及粒径对复合材料热导率的影响

石墨烯是由碳原子构成的单原子厚度的二维层状材料,具有许多优异的性能,是当前国内外研究热点之一,受到物理、化学、材料、电子、能源、生物和信息技术等领域的广泛关注。石墨烯是目前所测得导热系数最高的材料,在强化传热领域具有潜在的应用价值。较为系统地研究了石墨烯的制备方法及石墨的粒径对环氧树脂复合材料热导率的影响。实验发现,所采用的三种插层剂(硫酸、十四烷基胺及FeCl3)中,添加量较少时(如体积分数为1%),十四烷基胺插层法最为有效。而添加量较高时,硫酸插层制备的石墨烯纳米片效果最佳。制备石墨烯纳米片所采用的石墨粒径较大时,石墨烯/环氧树脂(Epoxy)复合材料的热导率越高。通过优化石墨烯的制备方法,石墨烯纳米片在体积分数为3.9%时,其热导率可达0.94 W·m~(-1)·K~(-1)),比基体材料提高了2.6倍。     

热处理对不同溶剂制备的共混体系太阳电池性能影响

本文以poly(3-hexylthiophene) (P3HT)为电子给体材料, -phenyl C₆₁-butyric acid methyl ester (PCBM)为电子受体材料, 制备出不同溶剂形成的共混体系太阳电池.从薄膜的紫外—可见吸收光谱(UV-vis)、光致发光谱(PL)、原子力表面图形(AFM)等方面,分析了热处理对不同溶剂制备的共混体系太阳电池性能的影响.结果表明较高沸点的溶剂有利于P3HT:PCBM共混体系中P3HT的有序化排列,薄膜的紫外—可见吸收和光致发光增 关键词： 热处理 不同溶剂 太阳电池 性能     

二维Janus原子晶体的电子性质

自从石墨烯问世以来,具有各种新奇特性的二维材料在光电设备、自旋电子器件和谷电子器件等领域受到越来越多的关注.其中,使用各种分子基团对石墨烯进行不对称官能化时出现的优异性质,引发了人们对其他具有不对称表面特性的Janus二维材料的研究.作为二维材料的重要衍生物, Janus二维材料(尤其是Janus过渡金属硫化物)已成为近年来的研究热点.实验和理论上均已证实这类材料由于具有镜面不对称性而拥有新颖的特性,例如强的Rashba效应和平面外压电极化,为其在传感器、制动器和其他机电设备中的应用提供了广阔的前景.本文综述了新兴的Janus二维材料(包括Janus石墨烯,各种Janus二维材料以及Janus二维范德瓦耳斯异质结)的最新研究进展,总结了Janus二维材料独特的电子性质和潜在的应用.最后,给出了对Janus二维材料进行下一步探索的结论和展望.     

对硅薄膜型太阳电池的一些思考

在当前迅速发展的绿色环保能源中,硅太阳电池一直占据着首要地位.然而晶体硅太阳电池(单晶硅和多晶硅)由于价格昂贵和材料短缺已不能满足绿色能源快速发展的需要.因此,薄膜型太阳电池已经被视为今后发展的主要方向.非晶硅薄膜太阳电池虽然在性能上还具有不少缺点,但随着薄膜沉积技术的改进以及膜本身质量的不断提高,它在太阳电池领域中仍占有一席之地.多晶硅薄膜太阳电池集晶体硅与非晶硅电池的优点为一体,也受到人们的关注.然而,后起之秀纳米硅薄膜太阳电池,依靠其本身的优越性以及当前纳米技术的进展,将会成为一个新的亮点.     

氧化石墨烯(GO)及复合物制备及其对汞吸附特性的研究

以石墨粉(G)为原料,通过化学方法制备了氧化石墨烯(GO)、纳米Fe_3O_4负载石墨烯复合材料(MGO)、纳米Ag颗粒修饰磁性氧化石墨烯(GO-Ag/MGO-Ag)四种吸附材料,对材料进行了表征并考察了氧化石墨烯及其复合物对烟气中汞的吸附作用。研究表明四种石墨烯基吸附剂可被成功合成和表征;GO在100-150℃时对Hg~0表现出优异的吸附性能,Ag-NPs修饰GO能有效提升吸附剂对汞的吸附能力,MGO-Ag复合吸附剂对汞的吸附能力最佳;MGOAg在150~200℃时表现出优异的汞吸附能力,在反复循环之后吸附性能几乎不变;以MGO-Ag为代表的可再生磁性石墨烯基复合吸附剂在中低温条件下对Hg~0具有优异的吸附性能,且能有效与飞灰进行分离,具有良好的工业应用前景。     

高温处理工艺对低压MOCVD外延GaAs/Ge太阳电池的影响

采用自制的低压金属有机化学汽相淀积LP-MOCVD设备,在Ge衬底(100)面向(111)偏9°外延生长出GaAs电池结构,对电池材料进行了X射线衍射分析另外,对由此材料制成的太阳电池进行了性能测试,测试结果表明,Ge衬底的高温处理工艺对GaAs/Ge太阳电池的电流电压特性有一定的影响试验表明,在600～700℃之间高温处理效果较好。     

不同基底石墨烯涂层的层间滑移减磨性能研究

石墨烯薄膜作为一种二维材料,是提高微/纳机电系统(MEMS/NEMS)摩擦力学性能的优异润滑剂.为了探究基底材料和石墨烯层数对其减磨性能的影响,本文通过在不同基底制备了不同层数的石墨烯涂层,利用原子力显微镜(AFM)实验和分子动力学(MD)仿真结合的方法,研究了石墨烯层数对减磨效应的影响.并且通过建立不同层数石墨烯涂层的摩擦性能分析模型,探究出石墨烯层间滑移是产生减磨的主要因素.结果表明:在不同载荷下,石墨烯涂层对硅基底和铜基底均有优异的减磨效果,摩擦力随着石墨烯层数的增加逐渐降低,当石墨烯层数大于10层时,达到最优99.3%的减磨效果.通过仿真分析发现,随着层数增加,石墨烯与基底的干摩擦转变为石墨烯的层间摩擦,并产生层间剪切滑移,石墨烯层间滑移是导致多层石墨烯优异减磨性能的主要因素.     

石墨烯在金属表面防腐中的应用

石墨烯作为一种新型材料,因其出色的化学惰性和抗渗透性逐渐成为了防腐领域的研究热点.本文结合最新的研究成果,对包括石墨烯薄膜及石墨烯粉体在防腐领域的应用进行更加全面的讨论.从石墨烯防腐作用机理(主要包括阻隔、屏蔽、缓蚀、加固、阴极保护和自修复)和其相应的涂层制备方法 (化学气相沉积法制备的石墨烯薄膜及石墨烯粉体制备的复合涂料)开始,进而探讨不同影响因素(缺陷、导电性、氧化程度、片层大小及含量等)对石墨烯防腐效果的影响,最后对各种方法进行综合比较,并对未来的发展进行展望.本文通过对已有工作的回顾,为今后制备防腐性能更加优良的石墨烯材料提供重要的参考.     

表面预处理对石墨烯上范德瓦耳斯外延生长GaN材料的影响

基于范德瓦耳斯外延生长的氮化镓/石墨烯材料异质生长界面仅靠较弱的范德瓦耳斯力束缚,具有低位错、易剥离等优势,近年来引起了人们的广泛关注.采用NH_3/H_2混合气体对石墨烯表面进行预处理,研究了不同NH_3/H_2比对石墨烯表面形貌、拉曼散射的影响,探讨了石墨烯在NH_3和H_2混合气氛下的表面预处理机制,最后在石墨烯上外延生长了1.6μm厚的GaN薄膜材料.实验结果表明:石墨烯中褶皱处的C原子更容易与气体发生刻蚀反应,刻蚀方向沿着褶皱进行;适当NH_3/H_2比的混合气体对石墨烯进行表面预处理可有效改善石墨烯上GaN材料的晶体质量.本研究提供了一种可有效提高GaN晶体质量的石墨烯表面预处理方法,可为进一步研究二维材料上高质量的GaN外延生长提供参考.     

MEH-PPV与TiO2共混体系太阳电池性能分析

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2′-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene)为电子给体材料(Donor,D), TiO₂纳米线为电子受体材料(Acceptor,A),制成了共混体系太阳电池. 从D/A材料共混体系的紫外可见吸收光谱(UV-vis)、光荧光谱(PL)、器件的电荷传输的光导J-V图等方面,分析了MEH-PPV∶TiO₂体系器件性能变化的原因. 得出了当在纯MEH-PP 关键词： 太阳电池 聚合物 性能     

Co_2SnO_4/Graphene复合材料的制备与电化学性能研究

实验首先采用改进的Hummers法制备氧化石墨,然后以氧化石墨烯为前驱体,通过水热法将锡酸钴纳米颗粒均匀镶嵌在石墨烯薄膜基片上,最终获得Co2SnO4/Graphene镶嵌复合材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构和形貌进行表征,通过恒电流充放电(CC)、循环伏安法(CV)与交流阻抗法(EIS)测试了材料的电化学性能.实验结果表明,石墨烯良好的分散性及较高的电子导电率,可以提高锡酸钴材料的电化学性能,材料首次可逆容量达到1415.2 mA·h/g,50次循环后仍能保持469.7 mA·h/g的放电比容量.     

光电子技术与器件 光能转换与器件

TM914．4 2006065287用于GalnP/GaAs双结叠层太阳电池的MOVPE外延材料=Wafers for GalnP/GaAs tandem solar cells bv MOVPE [刊,中]/黄子乾(南京大学物理系．江苏,南京(210016)),李肖…//太阳能学报．—2006,27(5)．—433-435采用金属有机化合物汽相淀积(MOVPE)技术生长用于GalnP/GaAs双结叠层太阳电池的外延材料。针对材料生长中的隧穿结、p-AIInP层等关键问题,通过对掺杂剂、生长技术及条件的调整与改进,极大地提高了GalnP/     

金刚石衬底原位生长石墨烯的复合结构热输运

石墨烯作为一种具有超高导热性能的二维纳米材料,不断引起人们的关注。实际应用中,石墨烯需附着在一定的衬底材料上,从而导致界面处强烈的声子散射和热导率的显著降低。为解决此类问题,本文采用一种原位催化生长技术制备出了金刚石/石墨烯复合材料。与转移到SiO_2/Si衬底的结构相比,在金刚石上生长得到的复合结构热导率被明显提高(约793 W·m~(-1)·K~(-1)),且石墨烯与金刚石衬底的界面热阻小于4.85×10~(-5)m~2·K·W~(-1)。这源于金刚石衬底为石墨烯提供了可观的热学贡献,而原位键合的生长让界面中产生有别于非键相互作用的杂化结构,使得界面热阻被降低。该结构优异的传热性能为石墨烯复合材料提供了一种新的方案。     

钙钛矿太阳电池综述

基于有机-无机杂化钙钛矿材料(CH₃NH₃PbX₃)制备的太阳电池效率自2009年从3.8%增长到19.6%, 因其较高的光吸收系数, 较低的成本及易于制备等优势获得了广泛关注. 钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层, 还可用作电子和空穴传输层, 以此制备出不同结构的钙钛矿太阳电池: 介孔结构、介观超结构、平面结构、无HTM层结构和有机结构. 除此之外, 钙钛矿材料制备方法的多样性使其更具吸引力, 目前已有一步溶液法、两步连续沉积法、双源共蒸发法和溶液-气相沉积法. 本文主要介绍了钙钛矿太阳电池的发展历程、工作原理及钙钛矿薄膜的制备方法等. 详细阐述了电池每一层的具体作用和针对现有的钙钛矿结构各层材料的优化, 最后介绍了钙钛矿太阳电池所面临的问题和发展前景, 以期对钙钛矿太阳电池有进一步的了解, 为制备新型高效的钙钛矿太阳电池打下坚实的基础.     

石墨烯/硅肖特基太阳能电池的光电特性

以甲烷作为反应气体,利用化学气相沉积法在硅衬底表面上沉积石墨烯薄膜,制备了石墨烯/硅肖特基太阳能电池.利用原子力显微镜和拉曼光谱观察了石墨烯薄膜的表面形貌,并用紫外-可见光光谱仪和光-电流测试仪器研究了石墨烯样品和太阳电池的光电特性.实验结果表明:制备的石墨烯薄膜厚度为几个原子层,薄膜表面均匀,并具有良好的电学特性,石墨烯/硅太阳能电池的能量转换效率可达3.7%.