高效稳定有机-无机钙钛矿太阳能电池

有机-无机杂化钙钛矿材料具有可调的带隙、较高的消光系数、较低的激子束缚能和双极性电荷传输等优点,适用于制备钙钛矿太阳能电池。2009年以来,这种钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8%增长到22.1%,远高于多晶硅太阳能电池的光电转换效率,具有十分广阔的应用前景。但目前实验室制备的钙钛矿太阳能电池还存在稳定性问题。本文主要阐述了有机-无机钙钛矿太阳能的发展现状,提高光电转换率的途径和原理,并介绍使之稳定的可能性及方法。     

有机-无机钙钛矿晶体生长调控研究进展

钙钛矿太阳能电池是近5年太阳能转化利用领域的研究热点,受到国内外研究者的广泛关注.ABX3钙钛矿不但具有快速传递空穴和电子的能力,而且具有强而宽的可见光吸收性能.介观和平面结构钙钛矿薄膜电池是并重发展的钙钛矿太阳能电池.其小于1!m钙钛矿光活性层使得器件对钙钛矿层的结晶度和成膜性有着较高的要求.通过控制钙钛矿的结晶方式和质量来提高膜的性能就成为了提高电池光电转化效率的重要方式之一.第一部分综述了各种制备条件下利用一步法和两步法合成ABX3太阳能电池钙钛矿薄膜.进一步通过提高钙钛矿材料的晶体质量,将钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从3.8%提高到20%.此外,和钙钛矿薄膜相比,钙钛矿大晶体不但具有较长的载流子传输路径,而且结构更加完整,更有利排除其他因素的干扰,增进对钙钛矿结构的深入解析.因此第二部分重点介绍了钙钛矿单晶的性能和制备方法,并对其在太阳能电池和光电探测器中的应用做了初步展望.     

有机-无机复合钙钛矿单晶材料的研究进展

由于具有可调谐的光学带隙、较高的载流子迁移率、高外量子效率、较长的载流子寿命和载流子扩散长度等优点,新型有机-无机复合钙钛矿材料在太阳能电池、光电探测器、LED等光电领域展现出潜在的应用优势。自2009年第一块钙钛矿太阳能电池获得了3.8%的光电转换效率以来,钙钛矿材料成为世界范围内研究的热点。根据近年来钙钛矿材料的发展历程,概述了钙钛矿单晶材料从含Pb到无Pb(包含Sn-基、Ge-基无铅钙钛矿材料、类钙钛矿材料以及双钙钛矿材料)的发展历程和主要应用领域。     

钙钛矿太阳能电池中吸光材料的发展现状

钙钛矿材料作为光吸收层的太阳能电池是一种广受关注的新型太阳能电池,其光电转换效率从2009年的3.8%快速增加到2014年的19.3%。综述了钙钛矿材料的光电性质、制备方法和研究进展,分析了其研究趋势及需要解决的问题,并对钙钛矿太阳能电池的未来发展进行了展望。     

钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料的研究进展

人口的快速增长导致化石燃料即将消耗殆尽,人们急需寻找新型清洁的可持续能源.太阳能正是这样一种理想的能源,其利用方式之一就是太阳能电池.钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池,其快速提升的光电转换效率引起了人们的广泛关注.其中,空穴传输材料的使用不仅增加了电池的稳定性还提高了光电转换效率,为钙钛矿太阳能电池的发展带来了新的契机.因此,研究空穴传输材料的特点和作用机理并设计合成新型高效的空穴传输材料,对进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率是十分重要的.本文从钙钛矿太阳能电池的发展历程出发,简要介绍了钙钛矿太阳能电池的基本结构和工作原理,然后重点阐明各种空穴传输材料的性能.Spiro-OMeTAD是钙钛矿太阳能电池中最受欢迎而且最经典的空穴传输材料,被广泛地应用于各种钙钛矿太阳能电池中,得到了非常高的光电转换效率.但是,这种材料合成复杂、提纯困难、价格昂贵,这就极大地限制了大规模商业化应用的可能.因此,人们开始致力于寻找Spiro-OMeTAD的替代品.近年来,开发的空穴传输材料包括无机p型半导体、聚合物和有机小分子空穴传输材料,其中有机小分子空穴传输材料具有合成简单、价格低廉、原材料丰富等特点而展示出了强劲的发展态势.本文重点介绍了四类有机小分子空穴传输材料,包括Spiro型空穴传输材料、含三苯胺型空穴传输材料、含噻吩型空穴传输材料和其他小分子空穴传输材料.虽然上述空穴传输材料各具特色,有些空穴传输材料在某些方面还显示出了非常优越的性能,但是还没有一种空穴传输材料能在各个方面与Spiro-OMeTAD媲美.所以,空穴传输材料的研发工作还任重而道远.本文对2012至2017年间关于空穴传输材料的文献进行了系统的介绍,总结并评述了各类空穴传输材料的性能,归纳了各种空穴传输材料的优缺点,并对未来高效稳定的空穴传输材料的发展方向进行了展望.     

柔韧性有机-无机生物活性材料的研究进展

具有与天然骨相似力学性能的有机-无机杂化材料是近年来发展的一种新型生物活性材料.综述了生物活性材料羟基磷灰石的形成机理,柔韧性有机-无机生物活性材料的研究现状以及该类杂化材料的制备工艺.     

绕丹宁修饰富勒烯作为新型聚合物太阳能电池受体光伏材料增强光吸收(英文)

首次将染料分子3-乙基绕丹宁连接到[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)上,合成了具有增强光吸收性能的新型富勒烯受体光伏材料PCBRh.通过1 H NMR,13 C NMR和质谱分析确定了PCBRh的结构,紫外-可见吸收光谱测试表明所合成的PCBRh在300~600nm比起PCBM具有更强的光吸收,这归因于3-乙基绕丹宁高的吸光系数.电化学测试表明PCBRh的最低未占轨道(LUMO)能级比PCBM高0.1eV,这是由绕丹宁基团的给电子作用引起的.将PCBRh作为受体光伏材料与聚己基噻吩(P3HT)共混构建出体相异质结太阳能电池,在优化的制备工艺(P3HT/PCBRh=1:1(质量比),135℃热处理10min)下,电池器件的能量转换效率为1.46%.通过AFM表征研究退火处理对光活性层的形貌的影响及其与电池器件效率的联系:与参比P3HT:PCBM共混薄膜相比,退火处理使P3HT:PCBRh薄膜中的P3HT聚集成长度约为20nm的长条,并且粗糙度较大,因此不利于激子的扩散与分离.     

有机-无机杂化光致变色材料的研究进展

根据成键特点,对基于有机光致变色的有机-无机杂化材料的光致变色特性及其作为多功能材料的研究进展进行分类介绍。配位共价键结合的配合物型杂化光致变色材料通过光致变色配体与金属离子间的螯合作用,不仅能提高光致变色单元的稳定性、抗疲劳性,同时可在整个大分子体系中实现电化学特性、能量转移、荧光发射的光致变色调控;键合较弱的插层、介孔型杂化光致变色材料利用宿主的耐久性可提高有机光致变色分子的稳定性、抗疲劳性,同时实现宿主磁性的光致变色可逆调控;离子键结合的新型有机–无机杂化光致变色材料具有以光电子转移为特征的热可逆固态光致变色行为。     

新型有机-无机杂化材料固载烯烃环氧化催化剂

本文以新型有机-无机杂化材料"低聚苯乙烯基膦酸-磷酸氢锆(ZSPP)"为载体,设计合成了四种多胺配体钼配合物多相催化剂,并用红外、拉曼、XPS、XRD及元素分析等方法对催化剂进行了表征.以TBHP为氧源,考察了所制备催化剂催化环己烯环氧化的催化活性,结果表明,所制备的固载催化剂催化环己烯环氧化时具有较高的催化活性、选择性和重复使用性,但随着配体中N原子数的增加,转化率和选择性会逐渐降低.     

新型有机-无机杂化材料固载烯烃环氧化催化剂

本文以新型有机-无机杂化材料"低聚苯乙烯基膦酸-磷酸氢锆(ZSPP)"为载体,设计合成了四种多胺配体钼配合物多相催化剂,并用红外、拉曼、XPS、XRD及元素分析等方法对催化剂进行了表征.以TBHP为氧源,考察了所制备催化剂催化环己烯环氧化的催化活性,结果表明,所制备的固载催化剂催化环己烯环氧化时具有较高的催化活性、选择性和重复使用性,但随着配体中N原子数的增加,转化率和选择性会逐渐降低.     

有机-无机纳米杂化材料在荧光、光声和拉曼生物成像领域的最新研究进展(英文)

有机-无机纳米杂化材料是一类重要的功能材料,能够在纳米尺度范围内实现有机材料和无机材料本质的复合,可以获得传统材料所不具有的结构、相态、性能和功能,广泛应用于光电、催化、生物医学等领域.本文着重总结了几类有机-无机纳米杂化材料的制备以及它们在荧光、光声和拉曼生物成像领域的最新研究进展,并对该领域将来的发展方向进行了讨论.     

有机-无机纳米杂化材料P(MMA-BMA)-TiO_2的制备和表征

采用溶胶-凝胶法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMM A)-聚甲基丙烯酸丁酯(PBM A)/T iO2杂化材料,并进行了结构表征和性能研究.以甲基丙烯酸甲酯(MM A)为杂化材料的主要成分,引入甲基丙烯酸丁酯(BM A)以改变PMM A/T iO2杂化材料易碎的缺点.实验结果表明:杂化材料中无机相与有机相通过S i-O-T i共价键相连,T iO2的加入增强了聚合物材料的抗紫外性.     

有机-无机纳米杂化材料P(MMA-BMA)-TiO2的制备和表征

采用溶胶-凝胶法制备了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）-聚甲基丙烯酸丁酯（PBMA）／TiO2杂化材料，并进行了结构表征和性能研究．以甲基丙烯酸甲酯（MMA）为杂化材料的主要成分，引入甲基丙烯酸丁酯（BMA）以改变PMMA／TiO2杂化材料易碎的缺点．实验结果表明：杂化材料中无机相与有机相通过Si-O-Ti共价键相连，TiO2的加入增强了聚合物材料的抗紫外性．     

太阳能电池最大功率跟踪控制的研究(英文)

光伏电池输出功率随外部环境和负载的变化而变化,要提高光伏发电系统的输出效率须采用有效的最大功率点跟踪算法.针对光伏电池的非线性特性,提出了一个基于增量电导法、以升降压斩波器为核心的光伏能量转换系统.经PSIM和LabVIEW软件仿真证实,该方法能使系统稳定工作在最大功率点,同时能对外界环境的变化做出快速反应.     

固态纳米孔制备技术的发展(英文)

作为基于纳米孔核酸测序系统的关键组成部分,近年来纳米孔在科研领域吸引了越来越多的关注.虽然早期基于纳米孔的测序系统大多数采用的是生物纳米孔,但由于固态纳米孔拥有更优异的鲁棒性和耐久性,且孔的几何结构及表面性质可控,并与现有的半导体和微流体制造技术相兼容等优势,因而愈来愈受到欢迎.由于高密度的固态纳米/纳米孔阵列可以被大规模地生产出来,固态纳米孔不但可以作为生物分子检测的平台,而且在很多其他领域也拥有广阔的应用前景,例如近场光学、纳米模板光刻和离子逻辑电路等.目前,研究人员已经开发出了各种各样的固态纳米孔制备方法.为了促进固态纳米孔制备技术的研究并拓展固态纳米孔的应用,本文对已经报道的各种典型的固态纳米孔制备方法进行了总结,详细剖析了各种固态纳米孔制备方法的工作机理,比较了各种方法在材料适用性、工艺可控性等各方面的优缺点.此外,在细致分析了各种固态纳米孔的特征,如纳米孔的极限尺寸、内部结构、能否并行大批量生产等的基础上,对不同固态纳米孔的潜在应用进行了总结.     

新型有机-无机杂化吡啶盐化合物的设计合成

设计合成3种非线性光学效应的新型有机-无机杂化物,即3种不对称D-π-A型取代苯乙烯基吡啶盐化合物,并运用常规方法进行表征.以实验证实,从分子设计,通过分子组装,是合成有机-无机杂化型化合物的有效方法,同时培养出其中一种化合物的高质量单晶,解析了晶体结构,分析和探讨了化合物的组成-结构-性质之间的关系.     

高压下CaSiO_3钙钛矿的从头算研究(英文)

利用考虑声子效应的准谐近似Debye模型势结合基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了高温高压下CaSiO3钙钛矿的热力学性质.在常温常压下CaSiO3钙钛矿的状态方程与实验结果吻合得很好.获得了压强上升到150GPa,温度上升到2000K时CaSiO3钙钛矿的热力学参量体积模量、热膨胀和热容与温度和压强的关系.     

钙钛矿型氧化物混合离子-电子导体在固态氧化物燃料电池阴极材料领域的研究进展

介绍了混合离子-电子导体（mixed ionic-electronic conductor,MIEC）钙钛矿氧化物的工作原理、合成和制备方法、电学和电化学性能表征技术,回顾了2022年MIEC钙钛矿氧化物在固态氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell,SOFC）阴极材料领域中的研究进展,包括MIEC钙钛矿氧化物的表面化学调控、新型MIEC钙钛矿氧化物的发展、MIEC钙钛矿氧化物合成和制备方法上的创新。     

一种聚光光伏/光热混合发电系统的能量分析(英文)

为了提高聚光光伏系统的能量利用效率,本文提出了一种新型的聚光光伏/光热混合发电系统.该系统主要由带有蒸发冷却装置的聚光光伏模块、光热接收器和有机朗肯循环组成.液体有机工质在冷却聚光光伏模块时吸热蒸发,而后流经外围低聚光光热接收器时加热成为过热蒸汽,最终经由有机朗肯循环发电.针对该混合发电系统,本文提出了稳态模型,并进行了系统能量分析.结果表明利用聚光光伏模块外围的低聚光能量可以有效产生较高温度的过热蒸汽.当聚光比为500倍时,该系统可以将整体光电转换效率从传统的聚光光伏电池的28.4%显著提高到44%.因此,该混合发电系统为太阳能的更高效率发电提供了新的发展方向.