体异质结型聚合物太阳电池

聚合物太阳电池因具有重量轻、制备工艺简单、成本低等特点近年来受到了国内外的广泛关注.其中体异质结型聚合物太阳电池(bulk heterojunction polymer solar cell,BHJ-PSC)是目前报道的具有高性能的器件之一.本文系统地综述了BHJ-PSC的最新研究进展.首先介绍了BHJ-PSC的结构及...     

聚合物光伏材料与器件研究进展

高效率的聚合物太阳电池依赖于光吸收活性层材料对太阳光能量的充分利用．电极界面材料将光吸收活性层产生的空穴和电子分别快速高效地抽取到阳极和阴极,并通过进一步改进光伏器件的结构提升能量转换效率和稳定性．本课题组在光吸收活性层中新型聚合物给体材料、新型电极界面材料、利用水／醇性电极界面材料制作新型倒装器件结构的太阳电池方面取得重要进展,推动了太阳电池在能量转换效率和稳定性方面的突破．     

非富勒烯型聚合物太阳电池取得超过11%的光伏效率

非富勒烯型聚合物太阳电池,由于其非富勒烯类受体材料可易于通过分子设计获得与聚合物给体材料互补的光吸收、匹配的电子能级从而有可能获得更高的效率,而受到了越来越多的关注.最近的研究发现,采用非富勒烯型受体材料与一种新型中等带隙聚合物给体材料可实现创纪录的11.2%的能量转换效率.这一成果预示非富勒烯受体将成为聚合物太阳电池研究下一波的新热点,并有可能成为这一类太阳电池新的突破口.     

P3HT/非富勒烯受体异质结有机太阳电池

非富勒烯受体材料在分子设计、光吸收及能级等多方面具有极其丰富的可调控性, 使得基于非富勒烯电子受体的本体异质结有机太阳电池(BHJ OSC) 近年得以迅速发展。P3HT聚合物作为被广泛研究的第二代有机半导体材料, 其价格便宜、具有较好的结晶性以及优异的载流子传输性能, 是经典的电子给体材料。本文综述了近年来以P3HT聚合物为给体、非富勒烯类有机化合物为电子受体的有机太阳电池研究进展, 探讨了P3HT/非富勒烯受体BHJ OSC中, 影响器件效率提升的关键因素, 以及电子受体优化设计方面的相应要求。对基于P3HT/非富勒烯受体 BHJ OSC器件的研究前景进行了展望。     

水/醇溶聚合物界面材料在聚合物光电器件中的应用及性能研究

系统研究了系列不同共轭与非共轭水/醇溶聚合物作为界面修饰材料在聚合物发光二极管和聚合物太阳电池中的应用及结构性能关系. 研究了界面层厚度, 器件金属电极功函对材料界面修饰性能的影响. 在此基础上, 系统对比研究了共轭与非共轭水/醇溶聚合物界面材料在不同聚合物光电器件中界面修饰性能的差别. 内建电势测试与器件研究结果表明, 在聚合物发光二极管中, 共轭材料表现出明显优于非共轭材料的性能, 特别是在超高功函数的金属金电极器件中, 共轭的水/醇溶聚合物材料依然表现出很好的电子注入/传输性能; 在聚合物太阳电池中, 共轭材料的界面修饰性能也优于非共轭类界面修饰材料.     

非富勒烯聚合物太阳电池研究进展

综述了以p-型共轭聚合物为给体、n-型有机半导体为受体的非富勒烯聚合物太阳电池光伏材料最新研究进展,包括n-型共轭聚合物和可溶液加工小分子n-型有机半导体(n-OS)受体光伏材料,以及与之匹配的p-型共轭聚合物给体光伏材料.介绍的n-型共轭聚合物受体光伏材料包括基于苝酰亚胺(BDI)、萘酰亚胺(NDI)以及新型硼氮键连受体单元的D-A共聚物受体光伏材料,目前基于聚合物给体(J51)和聚合物受体(N2200)的全聚合物太阳电池的能量转换效率最高达到8.26%.n-OS小分子受体光伏材料包括基于BDI和NDI单元的有机分子、基于稠环中心给体单元的A-D-A型窄带隙有机小分子受体材料等.给体光伏材料包括基于齐聚噻吩和苯并二噻吩(BDT)给体单元的D-A共聚物,重点介绍与窄带隙A-D-A结构小分子受体吸收互补的、基于噻吩取代BDT单元的中间带隙二维共轭聚合物给体光伏材料.使用中间带隙的p-型共轭聚合物为给体、窄带隙A-D-A结构有机小分子为受体的非富勒烯聚合物太阳电池能量转换效率已经突破12%,展示了光明的前景.最后对非富勒烯聚合物太阳电池将来的发展进行了展望.     

无机纳米晶-共轭聚合物异质结光电池研究进展

无机纳米晶_共轭聚合物固体薄膜太阳能电池是一种以半导体纳米晶作为电子受体、共轭聚合物作为电子给体的新型异质结光电池,近年来已成为国内外研究的热点。本文综述了近几年国际上关于这一领域的研究进展,重点讨论了几种最具潜力的无机半导体纳米晶(CdSe、TiO2、ZnO)共轭聚合物(P3HT、MEHPPV、MDMOPPV)复合太阳能电池,探讨了其光电转化机理并研究了纳米粒子的形貌、共混比例、制备方法和表面改性等对聚合物太阳能电池性能的影响。     

聚合物太阳能光伏技术研究进展

聚合物太阳电池因其结构简单、成本低、重量轻和可制成柔性器件等突出优点,近年来受到广泛关注,成为发展绿色可再生能源的重要方向。聚合物太阳电池中的给体和受体光伏材料是决定器件性能的关键,本文综述了共轭聚合物给体和富勒烯受体光伏材料的最新研究进展,并在共轭聚合物给体材料中对聚噻吩衍生物以及窄带隙D-A共聚物进行了重点介绍。同时讨论了薄膜优化和器件稳定性,最后从提高电池效率的几个方面展望了聚合物太阳电池的发展方向。     

水/醇溶共轭聚合物界面材料及其在光电器件中的应用

相对于传统的无机半导体器件,以有机半导体(特别是聚合物半导体)材料为基础的有机光电器件,可采用与传统印刷技术(例如喷墨打印、卷对卷印刷等)相结合的溶液加工方式制备低成本、大面积、柔性光电器件,因而成为广泛关注的焦点,并得到了快速发展.实现溶液加工的高效有机光电器件的一个关键问题是界面问题——如何避免溶液加工时有机层间的互溶以及如何实现可印刷稳定金属电极的高效电子注入等.水/醇溶性共轭聚合物的迅速发展为解决溶液加工多层有机光电器件所面临的界面问题提供了有效手段.研究发现,水/醇溶共轭聚合物不但可以有效避免溶液加工多层器件中的界面互溶,而且还可与高功函数的稳定金属发生界面偶极相互作用而增强其电子注入,从而解决了高功函数稳定金属电子注入的难题,为实现全溶液加工的高效印刷有机光电器件提供了可行的方案.本文介绍了近年来本课题组在水/醇溶共轭聚合物阴极界面材料及器件应用方面的研究进展,并对水/醇溶共轭聚合物阴极界面材料在聚合物发光二极管和聚合物太阳电池中的工作机理进行了探讨.     

溶剂及器件结构对MEH-PPV与PCBM电池性能影响

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, 制成了不同结构的共混体系太阳电池. 详细分析了器件结构对器件性能影响的物理机制, 得出了PEDOT:PSS(4083)(poly(3,4-ethylene dioxythiophene:poly(styrene sulphonic acid))的插入增大了器件的开路电压, 并有利于电荷的传输. 采用LiF/Al阴极结构提高了器件的短路电流及填充因子. 其光电池在80 mW·cm^-2强度光照下, 其开路电压为0.8 V, 短路电流密度为3.40 mA·cm^-2, 填充因子为52.1%, 能量转换效率为1.43%. 并研究了不同溶剂对器件性能的影响, 得出了1,2-二氯苯溶剂有利于良好体相异质结的形成, 所做器件性能最好. 用器件的光导、暗导I-V 曲线,光敏(PS)性, 原子力显微镜图(AFM), 分析了溶剂对器件影响的原因, 并进行了合理的解释.     

基于苝酸酯受体光伏器件的性能表征

近十几年来,基于有机聚合物半导体材料的太阳能电池,由于具有价格低廉,易于加工,不受材料种类限制和易于制备大面积柔性器件等优点,而受到极大关注．自从1992年发现从共轭聚合物的基态到富勒烯存在光诱导电子转移现象以来,有机聚合物太阳能电池的研究取得了较大进展,研究较多的是共轭聚合物为给体(D),富勒烯为受体(A)的体系,能量转换效率可达3．3％,苝酸酯是一类液晶材料,其结构高度有序且含有4个吸电子的酰基,使得它们适合电子传输,且在普通有机溶剂中具有良好的溶解性,与共轭聚合物有较好的相容性,因此可制成薄膜,本文的研究表明,苝酸酯也是一类良好的电子受体,与共轭聚合物给体匹配,可用于制备光伏器件——太阳能电池。     

杂化太阳电池中异质结界面的修饰及其对电池光电性能的影响

有机-无机杂化太阳电池综合了有机、无机材料的优点,成本低、理论效率高,受到人们的广泛关注.杂化太阳电池的光活性层由无机半导体和有机共轭聚合物复合而成.当光照射到活性层上时,共轭聚合物吸收光子产生激子(电子-空穴对);激子迁移到有机给体-无机受体的异质结界面处发生解离而产生自由电子和空穴;自由电子和空穴分别向无机半导体和有机聚合物传输,从而实现电荷的分离和传导.激子在有机-无机异质结界面处的分离效率是影响电池性能的一个重要因素.有机、无机两相材料往往因为接触面积小以及相容性差使此两相材料接触不佳,激子迁移到此界面不能有效分离,从而严重影响了杂化太阳电池的效率.这个问题可以通过此界面的修饰加以改善.本文即综述了有机-无机异质结界面修饰的方法、作用和意义,并展望了杂化太阳电池未来的发展趋势和应用前景.     

基于4,7-二噻吩苯并噻二唑和异靛单元的受体-受体共轭聚合物的合成与光伏性质

利用微波协助的Stille缩合聚合反应方法合成了基于双噻吩苯并噻二唑和异靛单元的受体-受体聚合物HFTBT-DA865,并对其热稳定性、光物理性能、电化学性质和本体异质结太阳能电池性能进行了研究.该聚合物易溶于邻二氯苯和邻二甲苯等溶剂,具有优异的溶液加工性能.5%热分解温度为389℃,玻璃化转变温度为168℃,说明其具有较好的热稳定性能.对旋涂速度和温度进行优化,所得太阳能电池器件的光电转换效率为2.28%,开路电压为0.83 V,短路电流为-5.70 mA/cm^2,填充因子为48.9%.电化学性能和密度泛函理论估算结果表明,聚合物与受体材料PC71BM相近的最低未占分子轨道(LUMO)值及其平面性可能是影响光伏性质的重要因素.通过调控共聚单体或优化受体材料,器件性能可进一步提高.对受体-受体(A-A)类聚合物材料太阳能电池性能的研究表明,此类材料是一类潜在的聚合物太阳能电池材料.     

共轭聚合物发光和光伏材料研究进展

聚合物光电功能材料与器件因其广阔的应用前景,1990年以年来吸引了世界各国学术界的广泛关注和兴趣.聚合物光电子器件主要包括聚合物电致发光二极管、聚合物场效应晶体管和聚合物太阳能电池等,其使用的关键材料是共轭聚合物光电子材料,包括共轭聚合物发光材料、场效应晶体管材料和光伏材料等.本文主要对共轭聚合物电致发光材料和光伏材料的研究进展进行综述,介绍了这些聚合物材料的种类、结构和性质以及在聚合物电致发光器件和聚合物太阳能电池中的应用.并讨论了当前共轭聚合物光电子材料中的关键科学问题和今后的发展方向.     

Cd基化合物纳米晶-有机聚合物杂化太阳能电池研究进展

有机-无机杂化太阳能电池因其结合了有机材料和无机材料各自的优势而引起了人们的广泛关注和研究. Cd基化合物纳米晶因其具有制备方法简单、尺寸及形貌可控、载流子迁移率高和稳定性好等优点而成为最早被研究的一类无机受体. 本文介绍了有机-无机杂化太阳能电池的结构及原理, 分析了影响有机-无机杂化太阳能电池效率的三个主要因素, 分别是开路电压(V_oc)、短路电流(J_sc)和填充因子(FF). 从改善Cd基化合物纳米晶的合成方法, 增加Cd基化合物纳米晶和有机聚合物间的界面接触, 以及优化Cd基化合物纳米晶和有机聚合物所用溶剂和所占比例等方面阐述了近年来Cd基化合物纳米晶-有机聚合物杂化太阳能电池的研究进展. 并展望了Cd基化合物纳米晶-有机聚合物杂化太阳能电池的发展方向.     

裁剪型有机光伏小分子及其衍生物的研究与应用#

有机太阳能电池光电转化效率已经突破13%,这主要归因于活性层材料的不断丰富与改进。其中,以聚合物为母体的裁剪型分子,其相比于聚合物具有明确的分子量,共轭长度可调,高消光系数,优良的结晶性等优势。本文简要介绍裁剪型分子在二元本体异质结体系,三元体系,非富勒烯体系中的应用及我们组的相关研究工作,总结了其特点并对其应用前景做了展望。     

Synthesis, characterization and photovoltaic behavior of platinum acetylide polymers with electron-deficient 9,10-anthraquinone moiety

A new class of soluble, solution-processable platinum(II) acetylide polymers functionalized with electron-deficient 9,10-anthraquinone spacer and their corresponding diplatinum model complexes were synthesized and characterized. The organometallic polymers exhibit good thermal stability and show low-energy broad absorption bands in the visible region. The effect of the presence of thiophene rings along the polymer chain on the optical and photovoltaic properties of these metallated materials was examined. The low-bandgap polymer with thiophene-anthraquinone-thiophene (donor-acceptor-donor) fragment can serve as a good electron donor for fabricating bulk heterojunction polymer solar cells by blending with a methanofullerene electron acceptor. At the same donor:acceptor blend ratio of 1:4, the light-harvesting ability and solar cell efficiency notably increase when the anthraquinone ring is sandwiched by two thiophene units. Photoexcitation of such polymer solar cells results in a photoinduced electron transfer from the π-conjugated metallopolymer to [6,6]-phenyl C₆₁-butyric acid methyl ester with power conversion efficiency up to ∼ 0.35%. For safety concern, these metallopolymers were also tested for possible cytotoxicity and they do not show significant cytotoxic activity on human liver derived cells and skin keratinocytes at reasonable doses, rendering these functional materials safe to use in practical devices.     

Enhanced Performance of Organic Photovoltaic Cells Fabricated with a Methyl Thiophene‐3‐Carboxylate‐Containing Alternating Conjugated Copolymer

A new donor‐acceptor copolymer, containing benzodithiophene (BDT) and methyl thiophene‐3‐carboxylate (3MT) units, is designed and synthesized for polymer solar cells (PSCs). The 3MT unit is used as an electron acceptor unit in this copolymer to provide a lower highest occupied molecular orbital (HOMO) level for obtaining polymer solar cells with a higher open‐circuit voltage (V_OC). The resulting bulk heterojunction PSC made of the copolymer and [6,6]‐phenyl‐C71‐butyric acid methyl ester (PC₇₁BM) exhibits a power conversion efficiency (PCE) up to 4.52%, a short circuit current (J_SC) of 10.5 mA·cm‐², and a V_OC of 0.86 V.     

可溶液加工给体-受体有机小分子太阳能电池材料研究进展

近年来,有机小分子体异质结太阳能电池因其制备工艺简单、廉价、轻便及柔性等优点而备受关注.理想的有机小分子给体材料是提高有机太阳能电池光电转换效率的基础.系统地综述了可溶液加工有机小分子太阳能电池给体材料的研究进展,并对其发展趋势和应用前景做了展望.     

Electronic Structure Effect of Polythiophene Derivatives and Nano N-Zn-Ag/TiO2 on Performance of Organic Thin Film Solar Cell

Nanocrystal N-Zn-Ag/TiO₂ powders were prepared with N-Zn/TiO₂ by photo deposition method. A series of pure polymers P3HT[poly(3-hexylthiophene)], P3OT[poly(3-octylthiophene)], P3DT[poly(3-decylthiophene)] and P3DDT[poly(3-dodecylthiophene)], was synthesized, which were used to synthesize p-n type semiconductor materials P3HT/N-Zn-Ag-TiO₂, P3OT/N-Zn-Ag-TiO₂, P3DT/N-Zn-Ag-TiO₂ and P3DDT/N-Zn-Ag-TiO₂ by in situ che-mical method. X-Ray diffraction(XRD) and infrared(IR) spectroscopy showed the structure of the polymers and complexes. Ultraviolet-visible(UV-Vis) spectra and cyclic voltammograms(CV) showed the optical and electronic performance of the polymers and complexes. Two new single and double organic thin film heterojunction solar cells were prepared with the above mentioned synthesized powders as raw materials. Current-voltage(I-V) measurements indicate that the conversion efficiency of the single organic thin film heterojunction solar cell is higher than that of the double organic thin film heterojunction solar cells. Single organic thin film heterojunction solar cells based on P3DT/N-Zn-Ag-TiO₂ can get a photoelectric conversion efficiency of 0.0408%. The performance of electronic transform between electron donor and acceptor on organic thin film solar cells was researched.