金属配合物在有机太阳电池中的应用进展

有机太阳电池因具有质量轻、色彩丰富及可制备柔性大面积器件等优势而备受关注.开发高性能的活性层给、受体材料及界面层材料是提升有机太阳电池光电性能的关键.金属配合物兼具金属配位的自组装有序性和有机分子的结构多样性,且具有较高的三线态激子密度和较长的激子寿命,是一类重要的光电功能材料.随着对不同金属配合物光电性质的不断研究,越来越多的金属配合物光电材料被应用于有机太阳电池中,并获得了较高的器件光电性能.本文综述了基于铂、锌、铱、钌、锆等金属的配合物在有机太阳电池活性层、界面层及添加剂中的应用,并对其结构-性能关系进行了深入分析,最后对这类材料面临的挑战与机遇进行了展望,以便为高性能金属配合物材料的设计及其在有机太阳电池中的应用提供参考与启发.     

自组织多孔海绵状有机-无机杂化二氧化硅

经由溶胶.凝胶过程,利用硅试剂制备出新颖的多孔海绵状有机-无机杂化二氧化硅.使用冷场发射扫描电镜(FESEM),表征了多种反应条件下样品的形貌.这种杂化二氧化硅海绵体能快速吸收水和有机溶剂,每克能吸收12.2 mL溶剂.     

制备有机-无机杂化纳米材料的研究进展

有机-无机杂化纳米材料由于小尺寸和兼具有机、无机材料的各种优良性质,在许多领域都有巨大的应用潜质。本文介绍了模板法、嵌段聚合物自组装、含特殊官能团的乙烯基单体直接聚合法等制备纳米有机-无机杂化材料的方法,并对各自的特点进行了说明。     

溶液加工大面积有机太阳电池材料与器件

有机太阳电池是一类以有机光电材料为核心的新型光伏技术,具有重量轻、颜色可调、可低成本溶液加工、可实现柔性和半透明等突出优点,在建筑-光伏一体化、半透明车窗、便携式移动充电等领域具有独特的应用潜力.随着有机太阳电池在新材料方面的进步以及器件物理方面的发展,有机太阳电池效率实现了多次突破.与此同时,面向商业应用的大面积有机太阳电池模组的开发也越来越受到研究人员的关注.本文围绕溶液加工大面积有机太阳电池材料与器件,主要介绍了我们在领域内的工作进展,包括大面积均匀阴极界面层的构筑,印刷加工活性层过度聚集行为的抑制,新型印刷加工器件结构的探索等.最后讨论了有机太阳电池模组存在的问题,并对其未来发展进行了展望.     

溶液法制备有机太阳电池阳极界面修饰层MoO3

在全溶液低温制备高效、稳定有机光伏器件过程中,合理选择制备器件界面修饰材料的方法至关重要,它已成为近期有机光伏领域的重点研究内容之一。合理的界面材料能降低界面的势垒高度,减少器件的串联电阻。溶液法制备三氧化钼（MoO₃）阳极界面缓冲层能有效地改善有机太阳电池阳极界面收集和载流子传输的效率,从而提高太阳电池能量转换效率,同时也提高太阳电池的稳定性。本文综述了近年来溶液法制备有机太阳电池阳极界面修饰层MoO₃的研究进展,介绍了阳极界面修饰层MoO₃的各种制备方法与原理,阐述了基于溶液法制备界面修饰层MoO₃薄膜的研究现状与存在问题,以期为全溶液法制备高效稳定有机太阳电池的研究提供有价值的参考。     

表面等离激元金属纳米粒子的多元化结构及应用

目前, 单一的金属纳米粒子结构已经难以满足多学科交叉发展的需求. 因此, 将多种金属纳米粒子(如不同尺寸、 形状、 组分等)集成在同一基底表面, 能够充分发挥不同金属纳米粒子的性质和优势, 极具研究价值和应用价值. 本文介绍了多元化表面等离激元纳米粒子结构的构筑方法, 以及其在信息编码、 光电器件、 能源催化等领域的应用. 最后, 提出了当前在多元化结构制备中存在的挑战, 并展望了利用多元化结构实现性能提升的前景.     

含有不同卤素阴离子的离子液体作为倒置聚合物太阳电池阴极界面层的研究

采用离子液体作为阴极界面层来制备高效的倒置聚合物太阳电池,并考察了含有不同卤素阴离子的离子液体对器件光电转换效率的影响规律.由1-苄基-3-甲基咪唑阳离子和卤素阴离子组成的离子液体作为阴极界面层、PBDTTT-C:PC71BM作为活性层制备的倒置器件,光电转换效率达到6.55%,高于不采用离子液体作为阴极界面层的器件效率;当采用PTB7-Th:PC71BM作为活性层时,可获得8.24%的光电转换效率.离子液体通过界面偶极作用可以有效降低电极和活性层之间的接触势垒,减小串联电阻,从而提高器件效率.同时,发现碘离子作为阴离子的1-苄基-3-甲基咪唑离子液体比含氯离子、溴离子的1-苄基-3-甲基咪唑离子液体作为阴极界面层更有利于提高倒置器件的光伏性能.     

无机有机-核壳材料研究进展

综述了近年来各种核壳材料的合成方法,包括聚合法layer-hy-layer(LbL)自组装技术、原位反应法等。并简要介绍了空心材料的制备及核壳材料的应用。     

有机-无机杂化骨修复材料

寻找理想的骨修复材料一直是骨科领域的研究热点之一。骨修复材料已由最初单纯取代天然骨组织的惰性材料向具有诱导骨组织再生功能的生物活性材料发展,其中有机-无机杂化材料由于有机和无机组分在分子/纳米水平的复合使其能够最大程度地实现二者的优势互补和协同优化,近年来受到广泛关注。本文着重介绍了有机-无机杂化骨修复材料近些年来的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

有机-无机杂化分离膜研究进展

有机-无机杂化膜材料结合了有机膜材料和无机膜材料的优良性能,已成为分离膜材料研究的一个热点。本文以有机、无机组分间相互作用类型对其进行分类,着重介绍组分间以化学键相结合的有机-无机杂化膜的优良特性,总结了影响此类杂化膜结构和性能的主要因素,概括了它在膜分离中的应用,提出了目前研究工作中存在的不足,并做出了简要的述评。     

有机高分子/无机半导体杂化太阳能电池的发展现状与展望

有机高分子/无机半导体杂化太阳能电池是一类以共轭聚合物和无机半导体材料的复合材料为主要原料制备的太阳能电池。本文详细论述了杂化太阳能电池的工作原理,并根据其工作原理分析了影响杂化太阳能电池效率的影响因素,包括给体材料的选择、异质结形态、光敏层厚度、无机半导体的选择与表面改性及电池的退火处理等,并从各个影响因素的角度对杂化太阳能电池的发展进行了讨论,最后从共轭聚合物的角度对杂化太阳能电池的发展做出了展望,指出想要进一步提高杂化太阳能电池的效率,未来应该在对已知共轭聚合物进行改性或合成新的共轭聚合物上投入更多的精力.     

有机物/硅杂化太阳能电池的研究进展

有机/无机杂化太阳能电池既可以兼容无机材料的高稳定性, 高载流子迁移率和成熟的制备工艺, 又可以利用有机材料分子结构的可塑性, 调节光谱吸收以及光学带隙, 以及简便的溶液制作过程, 具有取得高效率低成本太阳能电池的巨大潜力. 硅和有机物在低温下形成的异质结光伏电池吸引了广泛的研究, 目前最高光电转换效率已经达到13.8%. 而采用硅纳米线等纳米结构之后使在几十微米的低纯硅上制备高效太阳能电池成为可能, 柔性硅基底的杂化太阳能电池效率已经超过12%. 本文首先介绍了硅基杂化太阳能电池的结构、工作机理和使用的有机材料, 按硅的结构分为平面硅基和微纳结构硅基杂化太阳能电池, 重点概述了该类电池最近几年的发展状况, 分析了硅的结构、有机材料和制备工艺对器件性能的影响. 最后对众多研究方法进行了归纳总结, 对存在的问题和解决策略提出了展望.     

无机材料在有机太阳能电池中的应用

无机材料电子迁移率高、光谱响应范围与太阳光谱匹配,而有机材料价格低廉、合成方法简单、容易制作在基底上,因此在太阳能电池中具有更广阔的应用前景。 目前,阻碍有机太阳能电池发展的主要原因是材料的载流子迁移率低、器件稳定性差、吸收光谱与太阳光谱不匹配,导致光电转换效率较低。 若能将有机、无机材料二者的优点相结合,将可提高有机太阳能电池的能量转换效率。 目前的研究已经取得了一定进展,无机材料在受体层、阴极缓冲层、阳极缓冲层中的应用均不同程度地提高了有机太阳能电池的能量转换效率。 本文综述了目前该领域的研究现状,并对今后的研究提出了展望。     

An Organic/Inorganic Hybrid Polymer

Poly(N-acetylethylenimine) (polyoxazoline) (POZO) with a terminal triethoxysilyl group was successfully synthesized by the ring-opening polymerization of 2-methyl-2-oxazoline followed by termination with 3-aminopropyltriethoxysilane. Triethoxysilyl-terminated telechelic POZO was prepared by using a bifunctional initiator. These silane coupling POZOs were subjected to acid-catalyzed cohydrolysis polymerization with tetraethoxysilane by the so-called “sol-gel” method to produce a novel organic/inorganic hybrid polymer (block copolymer), which was a homogeneous transparent/glassy composite material. The obtained hybrid showed higher hydrophilic properties compared with silica gel without POZO segments. On the other hand, a hybrid polymer consisting of poly(2-ethyl-2-oxazoline) and silica gel, which absorbed both water and organic solvents, showed amphiphilic properties. POZO segments were eliminated by pyrolysis of the present hybrid polymer to produce a silica with micropores.     

紫外光下高度稳定的无机钙钛矿/有机叠层太阳电池

正近些年,有机太阳电池得到快速发展,但是在商业化进程中仍然面临巨大挑战。其中,电池稳定性问题(包括紫外光、水分、氧气等外界因素的影响)一直是人们关注的焦点。虽然良好的电池封装技术可以有效阻止水和氧气对有机太阳电池稳定性的影响,然而,如何防止紫外光对有机共轭分子     

Hybrid Organic/Inorganic Thiol-ene-Based Photopolymerized Networks

The thiol-ene reaction serves as a more oxygen tolerant alternative to traditional (meth)acrylate chemistry for forming photopolymerized networks with numerous desirable attributes including energy absorption, optical clarity, and reduced shrinkage stress. However, when utilizing commercially available monomers, many thiol-ene networks also exhibit decreases in properties such as glass transition temperature (T(g)) and crosslink density. In this study, hybrid organic/inorganic thiol-ene resins incorporating silsesquioxane (SSQ) species into the photopolymerized networks were investigated as a route to improve these properties. Thiol- and ene-functionalized SSQs (SH-SSQ and allyl-SSQ, respectively) were synthesized via alkoxysilane hydrolysis/condensation chemistry, using a photopolymerizable monomer [either pentaerythriol tetrakis(3-mercaptopropionate) (PETMP) or 1,3,5-triallyl-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione (TATATO)] as the reaction solvent. The resulting SSQ-containing solutions (SSQ-PETMP and SSQ-TATATO) were characterized, and their incorporation into photopolymerized networks was evaluated.     

高效率有机太阳能电池的界面工程研究

有机太阳能电池(OSC)为典型的三明治结构,是以共轭类有机化合物为活性层材料将太阳光转换为电能,通过两个电极输出电流。这些有机物具有来源广、质量轻和可再生等优点,使得有机太阳能电池在清洁新能源领域备受关注。当前研究的焦点仍然是提高电池的光电转换效率,主要通过改善活性层材料、优化器件结构和界面修饰等途径。本文重点介绍了作者课题组在界面工程方面所做的代表性工作,通过引入含磺酸基团或羧酸基团的超支化结构的聚合物阴极修饰层材料,获得了高效的OSCs;合成了新颖的非共轭有机小分子电解质修饰层,制备了高达10.02%效率的单结正型OSCs。此外,还研究了简单的极性溶剂处理,如甲醇能够优化活性层形貌,提高电池器件的性能。     

有机太阳能电池给受体材料界面的微纳结构调控

有机太阳能电池因具有成本低、质轻、柔韧性好、可大面积印刷制备等优势,引起了人们极大的关注并成为现阶段有机电子学研究的重要热点之一。有机功能层中电子给体和受体界面特性对电池的功率转换效率影响很大,通过给受体界面的微纳结构化,可扩大给受体的接触面积、缩短给体和受体的距离、增强光吸收,能产生更多激子并促进激子有效分离,从而有效提高器件的电池效率。本文综述了纳米压印、自组装、溶剂挥发以及模板法等调控微纳结构的技术和方法,总结了基于微纳结构构建有机光伏器件的发展现状,并对目前微纳结构化方法和光伏应用中存在问题和研究重点做了简要评述,最后展望了该研究领域下一步的发展方向和应用前景。     

有机无机杂化太阳能电池中常见无机缓冲层材料的研究进展

有机无机杂化太阳能电池中, 电极缓冲层的选择对光电转换效率有着重要的影响. 理想的负极缓冲层兼具传输电子和阻挡空穴的作用, 而理想的正极缓冲层兼具传输空穴和阻挡电子的作用. 常见的无机电子传输材料主要有TiO₂和ZnO等, 而常见的无机空穴传输材料主要有CuI、CuSCN和NiO等. 本文就这些常见的无机缓冲层材料在有机无机杂化太阳能电池中的应用作一简要回顾, 并对其可能存在的问题进行了分析和评述.