制膜工艺对聚合物太阳电池性能影响的研究

用渡越时间法（TOF）分别测试了采用旋涂和滴涂方法制备的poly［2-methoxy-5-（2′-ethylhexyloxy）-1,4- phenylenevinylene］（MEH-PPV）薄膜的空穴迁移率,用原子力显微镜对这两种方法制备的薄膜表面形貌进行了研究.结果表明使用滴涂法有利于聚合物形成有序薄膜结构,能有效提高空穴迁移率.用滴涂法制备的基于MEH-PPV：phenyl C61- butyric acid methyl ester（PCBM）共混薄膜的太阳电池,对比用旋涂法制备的太阳电池,其能量 关键词： 太阳电池 聚合物 迁移率     

原子层沉积金属氧化物缓冲层制备高性能大面积钙钛矿太阳电池

研制具有较大活性面积的钙钛矿太阳电池对领域面向产业化的发展具有重要意义.当前,大面积钙钛矿太阳电池的性能与小面积钙钛矿太阳电池之间仍存在较大差距.本文提出一种在透明导电薄膜衬底上预先原子层沉积TiO₂薄层的策略,有效避免了衬底局部突起与钙钛矿吸光层直接接触导致的漏电现象,提升了小面积器件制备工艺的重复一致性.改善的电子输运和光管理过程也提高了小面积器件的效率.更重要的是,本文基于原子层沉积的TiO₂开展了0.5 cm²大面积钙钛矿太阳电池的研究,通过优化TiO₂层的厚度,研制出光电转换效率高达24.8%的冠军器件(第三方认证效率24.65%),器件的制备工艺也表现出较好的重复性.此外,原子层沉积了TiO₂缓冲层的电池器件在氮气氛围下存储1500 h后仍然能够保留初始性能的95%以上.总之,在粗糙衬底上预先原子层沉积TiO₂薄层可以有效抑制局部漏电通道的产生,有利于制备高性能的大面积钙钛矿太阳电池.     

基于一种简单的光退火方法的高效倒置型聚合物太阳电池

介绍了一种简单的光退火提高倒置型聚合物太阳电池效率的方法。通过采用易于溶液加工的Cs2CO3作为电子传输层,在光退火15 min之后,器件的光电转换效率达到了8.35%,其中短路电流密度为15.8 mA/cm2,开路电压为0.76 V,填充因子为69.5%。该填充因子是目前基于PTB7聚合物太阳电池的最高填充因子。X射线光电子能谱结果显示,Cs2CO3在光退火的过程中转变为了Cs2O与CO2。为了验证该机制,采用不同辐照时间的Cs2CO3作为电子传输层,所得到的光伏器件的效率几乎与光退火时相同。此外,通过真空热蒸发Cs2CO3作为电子传输层,也几乎得到了和光退火条件下同样的光电转换效率。上述结论证明光退火是一种非常有效的、简单的提高聚合太阳电池效率的方法。     

载流子复合及能量无序对聚合物太阳电池开路电压的影响

聚合物太阳电池中载流子的复合与能量无序对器件的开路电压有着深刻的影响.本文同时研究了基于传统富勒烯(PC71BM)和非富勒烯(O-IDTBR)电子受体的聚合物太阳电池.通过交流阻抗谱、低温电流密度-电压谱、瞬态光电压以及电致发光光谱等手段重点研究了载流子复合及能量无序对电池器件开路电压的影响.具体地,交流阻抗谱和瞬态光电压测试结果表明,富勒烯体系载流子复合损失较为严重.电致发光光谱研究显示,PC71BM器件的发光峰随着注入电流的增加不断向短波长处移动,而O-IDTBR体系发光峰位置基本不变,该结果证明PC71BM体系中能量无序度更高.载流子复合严重及能量无序度更高共同作用导致了富勒烯器件开路电压的降低.     

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(Aceeptor,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-PPV中掺入TiO2纳米线时,共混体系的太阳电池性能大幅度增加,当D/A比例为1:3时,其太阳电池在AM1.5光照下,其开路电压Voc为0.7 V,短路电流密度Jsc为0.3 mA/cm2填充因子FF为30.5%,能量转换效率n为0.091%.其能量转换效率比纯MEH-PPV作为活性层器件提高近60倍.发现当共混体系用苯硫酚溶剂回流时,其器件性能又提高了近一倍.     

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     

多环类苝四甲酸二酐插入层对ZnO纳米棒和聚合物复合太阳电池性能的影响

以ZnO纳米棒和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑](MEH-PPV)的复合体系作为光敏层制备了太阳电池.为了增大电池的光吸收,在ZnO纳米棒与MEH-PPV之间插入了有机n型小分子多环类苝四甲酸二酐(PTCDA),制备了不同厚度的PTCDA、结构为ITO/ZnO纳米棒/PTCDA/MEH-PPV/Au的太阳电池.实验发现,插入PTCDA后,电池在可见光区的吸收增强,光生激子数量增大,光电流密度增大.当蒸镀的PTCDA厚度为40 nm时,薄膜的粗糙度适中,表面形貌较为平滑,器件性 关键词： 有机太阳电池 ZnO纳米棒 聚合物     

新型联苯胺基窄带隙共轭聚合物的光学及电化学性能研究

随着化石燃料的日益枯竭,人类社会对能源的需求在不断增长。为了平衡能量应用需求并提升能量使用效率,开发高效能量转换材料与电化学储能材料成为当前研究的重要课题。导电聚合物基电极材料面临着相应储能器件能量密度、功率密度、循环性能不高的挑战,需进行结构改性提高电导率、改善界面性质。鉴于共轭高分子的电子结构、光学及电化学性质由共轭链骨架结构决定,对导电共轭聚合物进行结构修饰以提升其电荷传输性能和载流子迁移率,进而设计合成新型高迁移率导电聚合物基共轭聚合物是提高相应器件特性的关键所在。已有研究大多借助复杂的结构设计来实现提升迁移率,设计合成了结构简单,有助提升电荷迁移的新型窄带隙聚联苯胺基共轭聚合物聚物。通过光谱学及电化学方法对材料结构与性能进行了表征分析。采用核磁共振氢谱、红外光谱,X射线粉末衍射对单体及聚合物进行了结构表征,通过紫外光谱、紫外可见漫反射、循环伏安、计时电位、交流阻抗对其进行了光学及电化学性能测试。结果表明,成功制得具有预期结构的共轭聚合物,所得聚合物结晶性较佳,光学带隙E_g^opt为1.85eV,HOMO及LUMO能级分别为-5.44和...     

丙烯酰胺基光致聚合物全息光栅的动力学研究

研究了光致聚合物的光化学反应和单体扩散反应的理论模型及动力学参数. 合成了以聚乙烯醇为粘结剂,三乙醇胺为引发剂,藻红B敏化的丙烯酰胺基光致聚合物全息存储材料,通过对测定的透过率和衍射效率进行曲线拟合,分析了染料浓度对光致聚合物的摩尔吸收系数ε、量子产率Φ和光化漂白速率常数k等光化动力学参数的影响规律,以及曝光强度对聚合反应速率k₀、扩散时间常数τ_D和最大折射率调制度Δn等扩散动力 关键词： 光致聚合物 透过率 衍射效率 动力学参数     

TiO2颗粒尺寸对染料敏化太阳电池内电子输运特性影响研究

采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)研究了染料敏化太阳电池(DSC)内部电子传输和背反应动力学特性.在纳米TiO2薄膜厚度相同的情况下,借助于IMPS/IMVS测量了由3种不同TiO2颗粒尺寸大小薄膜制备出DSC的电荷传输特征参数值.IMPS/IMVS理论模型拟合实验测量数据的结果表明:在不同入射光强下,随着颗粒尺寸的增大,电子扩散系数(Dn)增大,而电子寿命(τn)减小,电子传输时间(τd)也减小.Dn随颗粒尺寸增大而增加归因于薄膜表面积的减小,而τn减小可以通过缺陷之间的跃迁频率来解释,τd减小是由于TiO2薄膜内缺陷浓度减小而导致的.     

Accurate analysis of electron transfer from quantum dots to metal oxides in quantum dot sensitized solar cells

Electron transfer rate from quantum dot (QD) to metal oxide (MO) in quantum dot sensitized solar cells (QDSSCs) has an important role in the efficiency. In this work, we analyse the electron transfer rate from CdSe, CdS and CdTe QDs to TiO₂, ZnO and SnO₂ MOs by extending the related equations with considering various effects, based on the Marcus theory. In this regard, the effects of QD diameter, QD–MO spacing, the crystalline defects, temperature, and the reorganizational energy, on the electron transfer rate are investigated. The results show that, the maximum electron transfer rate is achieved for CdTe QD with the mentioned three MOs. Moreover, in order to direct the designer to reach the appropriate QDs–MOs combinations for obtaining the maximum electron transfer rate, the average electron transfer rate for various combinations is calculated. For the verification of simulation method, a part of work has been compared with the previous experimental and theoretical results, which indicates the correctness of our simulation algorithm.     

Enhanced efficiency and stability of polymer solar cells using solution-processed nickel oxide as hole transport material

Solution-processed nickel oxide (s-NiO_x) was synthesized for use as hole-transport layers (HTLs) in the fabrication of polymer solar cell (PSC) devices. The s-NiO_x thin-films were deposited using spin-coating and post-annealed at 300 °C, 400 °C, or 500 °C. With increased annealing temperature, the nickel acetate precursor decomposes more fully and forms s-NiO_x films that show larger crystalline grain sizes with lower root mean square surface roughness. Bulk heterojunction solar cells fabricated with the new random polymer RP(BDT-PDBT) and [6,6]-phenyl-C₇₀-butyric acid methyl ester (PC₇₀BM) using s-NiO_x as HTLs exhibit a 4.46% enhancement in power conversion efficiency and better stability compared to conventional PSCs using poly (3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) as HTLs. We believe that the solution-processable and highly stable s-NiO_x could be a potential alternative for functional interface materials in optoelectronic devices.     

Inverted organic solar cells with solvothermal synthesized vanadium-doped TiO_2 thin films as efficient electron transport layer

We investigated the effects of using different thicknesses of pure and vanadium-doped thin films of TiO_2 as the electron transport layer in the inverted configuration of organic photovoltaic cells based on poly(3-hexylthiophene) P3HT:[6-6] phenyl-(6) butyric acid methyl ester(PCBM). 1% vanadium-doped TiO_2nanoparticles were synthesized via the solvothermal method. Crystalline structure, morphology, and optical properties of pure and vanadium-doped TiO_2 thin films were studied by different techniques such as x-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmittance electron microscopy, and UV–visible transmission spectrum. The doctor blade method which is compatible with roll-2-roll printing was used for deposition of pure and vanadium-doped TiO_2 thin films with thicknesses of 30 nm and 60 nm. The final results revealed that the best thickness of TiO_2 thin films for our fabricated cells was 30 nm. The cell with vanadium-doped TiO_2 thin film showed slightly higher power conversion efficiency and great J_(sc) of 10.7 mA/cm~2 compared with its pure counterpart. In the cells using 60 nm pure and vanadium-doped TiO_2 layers, the cell using the doped layer showed much higher efficiency. It is remarkable that the external quantum efficiency of vanadium-doped TiO_2 thin film was better in all wavelengths.     

Enhancing the performance of poly(3-hexylthiophene)/ZnO nanorod arrays based hybrid solar cells through incorporation of a third component

Sparse ZnO nanorod arrays(NRAs)are fabricated on transparent conducting oxide coated glass substrates by using a modified liquid phase epitaxial growth method.By adjusting the polymer concentrations and the spin-coating parameters,full infiltration of poly(3-hexylthiophene)(P3HT)into the as-prepared ZnO NRAs is achieved at 130°C in vacuum.A third component is incorporated into the P3HT/ZnO NRAs ordered bulk heterojunctions(BHJs)either through ZnO surface modification with N719dye or CdS shell layer or by inclusion of a fullerene derivative into the P3HT matrix.Experimental results indicate that performances of the hybrid solar cells are improved greatly with the incorporation of a third component.However,the working principles of these third components differ from one another,according to morphology,structure,optical property,charge transfer and interfacial properties of the composite structures.An ideal device architecture for hybrid solar cells based on P3HT/ZnO NRAs ordered BHJs is proposed,which can be used as a guidance to further increase the power conversion efficiency of such solar cells.     

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.     

染料敏化太阳电池中TiO2膜内电子传输和背反应特性研究

采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)研究电池内部电子传输机理和电子背反应动力学特性.利用理论表达式对不同TiO₂多孔膜厚度(d)的电池实验数据进行了拟合,得到了电池的吸收系数(α)、电子扩散系数(D_n)、电子寿命(τ_n)、电子传输时间(τ_d)和入射单色光光电转化效率(IPCE)等微观参数的数值.研究表明：膜薄有利于加快电子传 关键词： 染料敏化 太阳电池 IMPS/IMVS 传输     

肖特基钙钛矿太阳电池结构设计与优化

有机-无机杂化钙钛矿材料有高吸收系数、低廉的制作成本以及较为简单的制备工艺,在近年来表现出良好的发展前景.本文采用wx-AMPS模拟软件对平面结构钙钛矿太阳电池和肖特基钙钛矿太阳电池进行建模仿真对比,从理论上分析无载流子传输层的肖特基钙钛矿太阳电池的优势.结果显示,器件两侧电极功函数和吸收层的能带分布是提高太阳电池效率的关键.在对电极使用Au(功函数为5.1 eV)的前提下,透明导电电极功函数为3.8 eV,可以得到肖特基钙钛矿太阳电池转换效率为17.93%.对器件模型吸收层进行优化,通过寻找合适的掺杂浓度,抑制缺陷密度,确定合适的厚度,可以获得理想的转换效率(20.01%),是平面异质结结构(理论转换效率31%)的63.84%.肖特基钙钛矿太阳电池在简单的器件结构下可以获得优异的光电性能,具有较好的应用潜力.     

影响杂化钙钛矿太阳能电池稳定性的因素探讨

自从2009年首次报道采用有机-无机杂化钙钛矿作为吸光材料用于太阳能电池以来, 钙钛矿太阳能电池效率的快速提升引起了人们广泛的关注, 这类电池同时具有制备工艺简单、成本低廉等优点, 引发了钙钛矿电池的研究热潮. 目前研究工作大多数集中在如何提高电池的光电转化效率, 但钙钛矿电池要真正实现产业化应用, 急需要解决材料及器件的稳定性问题. 本文探讨影响钙钛矿材料及器件的稳定性因素, 从温度及湿度等方面分析了材料的稳定性, 从传输材料及其界面问题讨论了器件的稳定性.     

Non-peripherally octaalkyl-substituted nickel phthalocyanines used as non-dopant hole transport materials in perovskite solar cells

This report presents two non-perihperally octaalkyl-substituted nickel phthalocyanines (NiPcs), namely, NiEt₂Pc and NiPr₂Pc, for use as dopant-free hole transport materials in perovskite solar cells (PSCs). The length extension of the alkyl chains from ethyl to propyl significantly tunes the NiPcs' energy levels, thus reducing charge carrier recombination at the perovskite/hole transport layer (HTL) interface and leading to higher open-circuit voltage (V_OC) and short-circuit current density (J_SC) observed for the NiPr₂Pc-based PSC. And higher charge carrier mobility, higher thin film crystallinity, and lower surface roughness of the NiPr₂Pc HTL compared with that of the NiEt₂Pc one also lead to higher J_SC and fill factor (FF) observed for the NiPr₂Pc-based device. Consequently, the NiPr₂Pc-based PSC exhibits a higher power conversion efficiency (PCE) of 14.07% than that of the NiEt₂Pc-based device (8.63%).     

TiO2颗粒尺寸对染料敏化太阳电池内电子输运特性影响研究

采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)研究了染料敏化太阳电池(DSC)内部电子传输和背反应动力学特性.在纳米TiO₂薄膜厚度相同的情况下,借助于IMPS/IMVS测量了由3种不同TiO₂颗粒尺寸大小薄膜制备出DSC的电荷传输特征参数值.IMPS/IMVS理论模型拟合实验测量数据的结果表明：在不同入射光强下,随着颗粒尺寸的增大,电子扩散系数(D_n)增大,而电子寿命(τ_n 关键词： 染料敏化 太阳电池 IMPS/IMVS 电子传输