半透明有机太阳能电池研究进展

半透明有机光伏(ST-OPVs)相比其它无机光伏技术,因为其活性层材料可调节的电子能级和选择性的吸收光谱,在作为温室的发电屋顶、现代建筑外墙和采光玻璃等应用中具有本征优势.随着高效窄带隙聚合物给体和近红外非富勒烯受体材料的快速发展, ST-OPVs的光利用效率在过去十年取得了显著进展,本征和具有光学修饰的半透明器件的光利用效率分别超过了3%和5%.为了进一步推动半透明有机光伏技术的实用化,进一步提升器件的光利用效率仍是研究重点.基于此,本文分别从半透明器件的理论模型、活性层材料设计和器件光学修饰等角度综合评述了近期ST-OPVs的重要进展,为未来器件性能的优化提供了参考.     

小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池研究进展

有机太阳能电池具有低成本、柔性和质量轻等优势,是一种有应用前景的光伏技术,受到人们的广泛关注.有机太阳能电池的光敏活性层通常由p-型有机半导体(包括小分子和高分子)与n-型有机半导体(包括小分子和高分子)共混而成.小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池具有形貌热稳定性优异的特点,值得深入研究.本综述旨在总结小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池的研究进展,分别介绍了基于酰亚胺基、氰基和含硼氮配位键(B←N)的高分子受体的活性层材料体系的发展状况.在器件性能方面,通过分子设计、相分离形貌调控,改善了小分子给体/高分子受体的匹配性,将该类电池的能量转换效率从最初的0.29%提升至目前的9.51%,为性能的进一步提升总结了经验;在稳定性方面,基于该体系形貌热稳定性优异的特点,开发出高温耐受型有机太阳能电池器件.最后,展望了小分子给体/高分子受体型有机太阳能电池的未来发展方向和前景.     

反式钙钛矿太阳能电池研究进展

反式结构的钙钛矿太阳能电池由于其稳定性好、迟滞效应低等优点越来越受到人们的关注. 自2013年出现以来, 其光电转换效率从最初3.9%快速提升至21.5%. 然而, 反式钙钛矿太阳能电池的光电转化效率相比于传统正置结构钙钛矿太阳能电池依然存在差距, 同时其柔性及空气稳定性和大面积制备技术的开发仍是当前急需亟待解决的难题. 本文就反式钙钛矿太阳能电池载流子传输材料的选择、界面优化及柔性器件的发展等方面进行了系统的综述, 试图总结由结构和材料优化实现反式钙钛矿太阳能电池的高效率、高稳定性、大面积及柔性制备的普遍规律.     

挥发固体添加剂调控有机太阳能电池性能的研究进展

本体异质结(BHJ)有机太阳能电池(OSC)因具有可溶液制备、绿色无毒及可柔性化等特点而被视为具有广阔应用前景的太阳能电池技术之一.活性层内部的纳米形貌是决定器件性能和工作稳定性的关键因素之一.基于此,研究者先后开发了热退火、溶剂退火和溶剂添加剂等形貌优化方法.然而,上述处理方式不能与大面积印刷工艺兼容,而且不利于器件内部形貌和性能的稳定性,因此寻找简单高效的形貌调控手段是OSC研究的热点.近年来,挥发固体添加剂因其独特的分子特性,能够与给受体分子间形成较强的相互作用力,被认为是提升OSC能量转换效率(PCE)和稳定性的发展方向.本文系统总结了非卤素及卤素型挥发固体添加剂调控OSC形貌和光伏性能的研究现状,深入讨论了挥发固体添加剂优化活性层形貌的不同机理,包括分子间吸附能、给体与受体的相互作用、晶体成核和生长等;分析了挥发固体添加剂策略所面临的挑战和未来的发展趋势.     

叠层结构的有机太阳能电池研究进展

有机太阳能电池在近年来发展十分迅速.其中,叠层器件结构的出现,有利于拓展太阳光响应范围,减少过热激子引起的能量损耗,为改善器件性能提供了可能.有机光伏领域内,叠层器件光伏效率的提升源自于所使用材料结构的改善以及器件制备工艺的发展.因此,本综述着眼于叠层器件中使用的材料、中间层结构、器件构型构筑、性能表征及应用领域等方面,系统总结了近年来领域内的代表性成果,并针对未来高性能叠层器件对材料和结构的要求做出了展望.     

全固态电池界面的研究进展

Owing to the serious energy crisis and environmental problems caused by fossil energy consumption, development of high-energy-density batteries is becoming increasingly significant to satisfy the rapidly growing social demands. Lithium-ion batteries have received widespread attention because of their high energy densities and environmental friendliness. At present, they are widely used in portable electronic devices and electric vehicles. However, security aspects need to be addressed urgently. Substantial advances in liquid electrolyte-based lithium-ion batteries have become a performance bottleneck in the recent years. Traditional lithium-ion batteries use organic liquids as electrolytes, but the flammability and corrosion of these electrolytes considerably limit their development. Continuous growth of lithium dendrites can pierce the separator, leading to electrolyte leakage and combustion, which is a serious safety hazard. Replacement of organic electrolytes with solid-state electrolytes is one of the promising solutions for the development of next-generation energy storage devices, because they have high energy densities and are safe. Solid electrolytes can remarkably alleviate the safety hazards involved in the use of traditional liquid-based lithium-ion batteries. In addition, the composite of solid-state electrolytes and lithium metal is expected to result in a higher energy density. However, due to the lack of fluidity of the solid electrolytes, problems such as limited solid-solid contact area and increased impedance at the interface when solid-state electrolytes are in contact with electrodes must be solved. The localized and buried interface is a major drawback that restricts the electrochemical performance and practical applications of the solid-state batteries. Fabrication of a stable interface between the electrodes and solid-state electrolyte is the main challenge in the development of solid-state lithium metal batteries. All these aspects are critical to the electrochemical performance and safety of the solid-state batteries. Current research mainly focuses on addressing the problems related to the solid-solid interface in solid-state batteries and improving the electrochemical performance of such batteries. In this review, we comprehensively summarize the challenges in the fabrication of solid-state batteries, including poor chemical and electrochemical compatibilities and mechanical instability. Research progress on the improvement strategies for interface problems and the advanced characterization methods for the interface problems are discussed in detail. Meanwhile, we also propose a prospect for the future development of solid-state batteries to guide the rational designing of next-generation high-energy solid-state batteries. There are many critical problems in solid-state batteries that must be fully understood. With further research, all-solid-state batteries are expected to replace the traditional liquid-based lithium-ion batteries and become an important system for a safe and reliable energy storage.     

离子液体对钙钛矿太阳能电池性能的影响

利用1-乙基-3-甲基咪唑溴盐(EMIMBr)、1-己基-3-甲基咪唑溴盐(HMIMBr)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)以及1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMICl)和双氟磺酰亚胺钾(KFSI)制备了1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMITFSI)、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(HMITFSI)和1-乙基-3-甲基咪唑鎓二(氟甲磺酰基)亚胺盐(EMIFSI)3种离子液体。 用氯苯稀释的离子液体对钙钛矿活性层进行浸泡处理,探究了离子液体对钙钛矿形貌以及钙钛矿太阳能电池性能的影响。 结果表明,HMITFSI处理后太阳能电池的填充因子从0.71提高到了0.74,光电转换效率也有了一定提高,钙钛矿薄膜的表面形貌得到了改善,而EMITFSI和EMIFSI的处理反而降低了钙钛矿太阳能电池的性能,证实离子液体可以影响钙钛矿的结晶形貌。     

无机非铅钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池因其光吸收效率高、载流子寿命长、晶格缺陷容忍度高、能带可调等优点得到迅速发展,在短短几年内其太阳能转化效率已经达到22.1%。然而,在人们看到钙钛矿太阳能电池广阔发展前景的同时,其铅毒性和不稳定性严重限制了它的应用推广。无机非铅钙钛矿太阳能电池(ABX_3、A_2BB′X_6等)利用Sn、Ge、Bi、Ag等金属取代铅,以Cs、Rb等取代甲胺有希望解决目前钙钛矿太阳能电池的毒性和稳定性问题。本文主要对近几年无机非铅钙钛矿太阳能电池的研究现状做一个分析总结,并对其发展前景进行展望。     

基于小分子噻吩单元的有机太阳能电池研究进展

噻吩及衍生物基团具有独特的光电性能,已广泛应用于有机太阳能电池的设计与合成中,并在有机光电领域发挥着重要的作用。本文综述了近几年来含有噻吩及其衍生物的有机小分子太阳能电池的研究进展。分别综述了含联噻吩、苯并二噻吩和二噻吩并噻咯单元的“给体 受体 给体”型有机供体小分子,并总结了其结构差异。从分子设计的角度出发,探讨分子骨架的共轭程度、链端基团、中心构筑单元数目等改变对材料的光学吸收、能级水平、迁移率等性能的影响,总结了设计高性能的小分子供体材料有效的途径。     

环境友好型无铅卤化物钙钛矿太阳能电池研究进展

ABX₃(A为甲胺、甲脒等有机离子或铯离子,B为铅或锡等金属离子,X为溴、碘等卤化物离子)卤化物钙钛矿材料具有优异的光电特性,是当前太阳能电池研究的前沿和热点之一。然而,这类太阳能电池普遍面临含毒性元素铅和稳定性差等问题,极大地阻碍了钙钛矿太阳能电池商业化应用进程。因此,发展新型高效无铅钙钛矿太阳能电池势在必行。本文评述了环境友好型无铅卤化物钙钛矿太阳能电池的最新研究动态和进展,探讨了该类太阳能电池的制备、性能及其稳定性等问题,展望了其未来发展趋势。     

有机太阳能电池热失效机制及三元共混提升其热稳定性研究进展

有机太阳能电池(Organic solar cells, OSCs)作为一种新兴高效太阳能电池,近年来得到飞速发展.目前OSCs的光电转换效率(Powerconversionefficiency,PCE)已经达到19%以上,初见商业化应用曙光.但其稳定性方面尚未发展成熟,尤其在制备和工作过程中电池器件需要经历高温考验,电池的热稳定性要求高.三元共混策略是在传统的二元OSCs活性层中引入第三组分,利用第三组分调控分子间的相互作用,在实现高效光电转换效率的同时有效提高器件热稳定性,展现出了极大的应用潜力.本综述首先从器件热衰减过程出发,总结了OSCs热衰减过程中包括:热致活性层形貌变化、各层材料之间的互扩散行为以及界面老化等相关机制.在此基础上,重点介绍了三元策略在提高OSCs热稳定性方面的应用进展和作用机制.最后,对三元策略在OSCs中的应用发展进行总结并展望,指出第三组分的针对性选择以及作用机制解析是三元OSCs面临的关键问题和挑战.     

聚合物太阳能电池研究进展

有机材料是近年来新型太阳能电池的研究热点,本文按太阳能电池材料的组成分类,对太阳能电池的原理及其材料的种类进行了详细地总结,重点介绍了导电聚合物基的太阳能电池的研究进展.     

非富勒烯小分子有机太阳能电池电子受体材料的研究进展

富勒烯及其衍生物是一类重要的n-型电子受体材料,在有机太阳能电池器件中发挥了至关重要的作用. 但由于富勒烯材料吸光波长较窄、亲和能高、溶解性差等,严重限制了富勒烯作为有机太阳能电池n-型电子受体材料的更广泛应用和器件性能的进一步提升. 非富勒烯n-型电子受体材料具有能级可调、合成简便、加工成本低、溶解性能优异等特点,更重要的是,此类材料在可见太阳光光谱中比富勒烯及其衍生物材料有更加宽广的吸收范围;近年来,受到越来越多的关注和研究. 本文较为系统地阐述了非富勒烯小分子材料作为有机太阳能电池n-型电子受体材料的研究进展,并对其发展前景作了展望.     

无机钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展

近年来钙钛矿太阳能电池发展迅速,全无机钙钛矿具有良好的热稳定性、高吸光系数、带隙可调、制备简单等优点备受关注.现今,无机钙钛矿太阳能电池的最高光电转化效率已达19.03%,具有很好的发展潜力.本综述将从无机钙钛矿太阳能电池的制备方法、薄膜掺杂、界面修饰对稳定性影响入手,系统介绍无机钙钛矿太阳能电池的发展并进行分析总结,并着重分析了无机钙钛矿不稳定的原因及其改善方法,最后对于无机钙钛矿太阳能电池的未来进行了展望.     

有机太阳能电池用聚合物给体材料的研究进展

有机太阳能电池由于质轻、价廉、柔性,受到人们的广泛关注.开发性能优异的聚合物给体材料,是近期有机太阳能电池研究的主流方向之一.迄今为止,已经成功开发出各种各样具有优秀的给体性质的共轭聚合物.基于这些材料制备的有机太阳能电池器件,已经突破9%的光电转换效率.按照聚合物给体材料的主链结构分类,综述了近年来这方面的研究进展.对一些受到普遍关注的材料,从设计思想、性能剖析到器件制备和性能,做了详细的介绍,以期能够深层次理解材料的化学结构-凝聚态结构-性能间的基本规律,为今后的材料研发提供有价值的参考.     

钙钛矿太阳电池研究进展:薄膜形貌控制与界面工程

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池因兼具低成本溶液加工和优异的光电转换性能在国际上倍受关注. 基于其吸收强、迁移率高、载流子寿命长、可调控带隙以及可采用多种方式加工等优势, 钙钛矿太阳电池在短短5年时间里, 实验室小面积器件的能量转换效率已经从低于5%提高到近20%, 模块器件的能量转换效率可达8.7%, 其效率超过了很多其他类型太阳电池, 接近可以商业化的水平. 借助于相关材料性质理解和电池设计优化, 钙钛矿太阳电池效率的进一步提升存在很大的潜力空间. 本文通过文献综述, 在回顾国内外钙钛矿太阳电池发展情况的基础上, 着重讨论影响钙钛矿太阳电池性能的其中两个重要因素: 薄膜形貌控制与界面工程, 并分析了钙钛矿太阳电池面临的基础科学问题以及展望该技术的未来前景.