聚合物与纳米晶的杂化及性能优化

聚合物-纳米晶杂化材料因结合了有机和无机材料的优点而逐渐地受到了人们普遍的关注,聚合物为纳米晶的形成与生长提供了优良的环境,纳米晶的引入同样也增加和强化了聚合物的功能特性.如聚硫代氨基甲酸酯与TiO2杂化的高折射率薄膜,该薄膜不仅保持了原有的性能,而且有较高的折射率.此外,还有许多不同纳米粒子与不同聚合物的杂化体系.如...     

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。     

亚磷酸锌无机-有机杂化化合物的合成与结构表征

在水热条件下, 以1,6-己二胺为模板剂合成了一个三维(3D)亚磷酸锌无机-有机杂化化合物(C₆N₂H₁₆)_0.5ZnHPO₃(ZnHPO-CJ15), 并对其单晶结构进行了解析. 结果表明, ZnHPO-CJ15晶体属单斜晶系, P2₁/c空间群, a=1.19587(7) nm, b=0.82766(5) nm, c=0.77756(5) nm, α=90.00°, β=95.8370(10)°, γ=90.00°, V=0.76562(8) nm³, Z=1. ZnHPO-CJ15具有层柱状结构, 其骨架结构是由ZnO₃N四面体和HPO₃假四面体连接构成的二维4×8元环网层结构, 层与层之间由1,6-己二胺分子与Zn配位柱撑连接形成三维结构.     

纳米晶/聚合物太阳能电池

纳米晶/聚合物太阳能电池作为一种新型光伏器件成为近年来的研究热点。通过改变纳米晶的形貌及尺寸来调节材料本身的带隙从而改善光吸收特性,并且无机半导体材料本身具有高的电子迁移率和良好的热稳定性,以上特性使该类电池具有巨大的发展潜力。本文从纳米晶的种类、形状和尺寸、表面配体及纳米晶与聚合物界面性能等方面综述了纳米晶/聚合物太阳能电池的研究现状。纳米晶形貌、太阳光利用率和载流子传输效率是影响电池效率的主要因素。文中指出开展窄带隙纳米晶的合成、优化纳米晶/聚合物电池结构、解析纳米晶与聚合物界面激子传输机理等改善该类电池性能的途径,旨在为提高纳米晶/聚合物太阳能电池的效率提供借鉴经验。     

聚合物纳米杂化高性能光功能材料

近年来材料科学与技术的不断发展,对光学材料提出了高性能化和多功能化的需求,为此,研究者们结合传统有机聚合物光学材料和无机光学材料的优势,提出了备受关注的聚合物纳米粒子杂化的策略.本文首先概述了针对杂化材料透光性进行控制的杂化方法,指出杂化方法的选择很大程度上与材料性质尤其是纳米相的性质相关,而杂化方法的目的则在于实现纳米杂化材料的透光性控制,纳米杂化光功能材料实现功能的前提即为透光性.随后,分别介绍了聚合物纳米杂化策略在高折射率材料与发光材料中的应用.对于高折射率材料,总结了提升材料折射率的不同策略.对于发光材料,总结了基于聚合物相和纳米相之间不同的相互作用而采用各种杂化方式以及相关的性能提升.接下来,讨论了聚合物纳米杂化光功能材料在光学和机械、热学、表面性能方面的调控手段和性能提升的策略.最后,提出了下一代光学杂化材料所面临的困难与挑战,以进一步推动这一领域的发展.     

纳米金杂化酶研究进展

随着纳米技术和生物技术的发展,将纳米颗粒材料与天然酶结合起来构建纳米杂化酶,可以解决酶的负载量低、活性和稳定性不好等问题.目前,新型纳米颗粒材料-纳米金被广泛应用于构建杂化酶体系.我们将从纳米金杂化酶的种类、制备方法、优势以及应用等方面对纳米金杂化酶的研究进展进行概述.     

新型非均相催化剂纳米金属杂化酶的研究进展

随着生物技术、电子传感技术、纳米技术的发展,新型非均相催化剂-纳米金属杂化酶的研究和开发逐渐走进学者们的视野.纳米金属杂化酶不仅具有高催化活性、高稳定性,并且可以在一定程度上改善原酶的底物特异性、化学选择性、立体选择性及区域选择性等,同时可提高酶的可操作性,便于重复利用.我们就纳米金属杂化酶的设计与合成策略、金属纳米粒子的种类、表征方法、杂化酶的特征及应用等方面进行综述报道,希望可以为学者们提供新的思路和思考,促进多学科的融合发展.     

硫脲表面修饰的ZnS∶Cd纳米晶的合成及表征

采用硫脲做为表面修饰剂,合成了硫脲表面修饰的掺杂Cd2 的ZnS纳米晶(ZnS∶Cd/SC(NH2)2),用X射线粉末衍射、透射电子显微镜、红外光谱以及荧光光谱等手段进行了表征.实验结果表明,Cd2 掺入了ZnS纳米晶中,硫脲分子中的S原子与该纳米晶表面的金属离子存在配位作用,ZnS∶Cd/SC(NH2)2纳米晶为分散性较好、平均粒径7 nm的球形粒子且具有良好的荧光性质.     

TiO_2纳米棒和CdSe纳米棒复合膜与聚3-甲基噻吩杂化太阳能电池研究

采用水热法制备了TiO2和CdSe两种纳米棒材料,将两种纳米材料制备成TiO2/CdSe复合纳米棒膜电极,并在复合膜上电化学聚合生成聚3-甲基噻吩poly(3-methylthiophene)(PMeT),研究了其光电化学性能.实验表明,当TiO2与CdSe的物质的量复合比为2:1,PMeT的聚合时间为40s,在电极电势为-0.2V下ITO/TiO2/CdSe/PMeT电极光电转换效率(IPCE)达到56%,对比ITO/TiO2/CdSe复合膜电极在长波方向的光电转换效率明显提高,光吸收截止波长发生了明显的红移.同时以ITO/TiO2/CdSe/PMeT组装了简易的杂化太阳电池,初步研究了光电池性能,光电池总效率为0.08%,Voc=0.4V,jsc=0.61mA/cm2,ff=0.33.     

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.     

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.     

共混型聚合物太阳电池原理及研究进展

共混聚合物太阳电池是一种将电子给体材料与电子受体材料混合的新型异质结光伏电池,这种新型太阳电池由于增大了异质结的表面积,减少了光生激子的复合,互穿网络结构有利于电荷的传输,再加上其成本低、工艺简单、能大面积制备等优点,近年来已成为国内外研究的热点.本文综述了聚合物太阳电池的研究进展,讨论了聚合物太阳电池的基本原理,解释了表征太阳电池的物理量开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、填充因子(FF)和能量转换效率(η),分析了制作工艺、材料、电极等因素对器件性能的影响,阐述了国内外聚合物太阳电池研究的现状及存在问题.     

苝二酰亚胺:有机膦盐基双组份共混电子传输层及其开路电压接近1.0 V的非富勒烯聚合物太阳电池

The fabrication of high-efficiency organic solar cells requires a cathode interlayer (CIF) having multiple properties such as forming an ohmic contact with the active layer, high electron conductivity, low-density traps, and hole blocking. These roles can be more completely fulfilled by using a suitable binary blended CIF rather than a single molecule based CIF. In this article, we present the roles by using binary blended PDINO (amino N-oxide perylene diimide) and QPhPBr (tetraphenylphosphonium bromide) as the CIF to fabricate fullerene-free polymer solar cells (PSCs) with PBDB-T:IDTBR, a new donor: acceptor combination, as the active layer. The high-lying lowest unoccupied molecular orbital of the acceptor and the low-lying highest occupied molecular orbital (HOMO) of the polymer with small driving force (the donor-acceptor HOMO-HOMO energy offset, ∆HOMO) for the hole transfer, both result in a high open circuit voltage (V_oc). Moreover, our strategy to insert a dual mixed solution of CIF over the blended active layer better facilitates the role, which significantly improves charge extraction and collection, leading to the high V_oc, short-circuit current density (J_sc), and fill factor (FF) observed in comparison to a single CIF material. It was observed that the power conversion efficiency (PCE) increases to 8.27%, with a high V_oc of 1.0 V, using a binary mixture of CBL. Such tremendous improvements in V_oc using well known polymer donors have not been reported till date in binary solar cell systems. This idea demonstrates that the minimum energy loss because of the small ∆HOMO of the D-A combination and the use of a dual mixed layer of CBL together present the future prospects of non-fullerene photovoltaic devices for researchers.     

高性能聚合物光伏材料的设计与应用

高性能聚合物光伏材料对于推动聚合物太阳能电池领域的发展具有十分重要的作用.随着研究的深入,聚合物光伏材料从早期的聚噻吩体系逐步发展到具有推拉电子作用的给体-受体(D-A)交替共聚物,其相应的器件光伏效率也从最初的1%左右提升到如今超过11%.近十年来,种类繁多的给受体单元被开发并应用于聚合物材料的构建中,其中基于苯并二噻吩(BDT)单元的聚合物材料因为具有良好的光伏性能,得到了十分广泛的应用.近年来,非富勒烯受体的迅速发展给聚合物太阳能电池的研究注入了新的活力,BDT类聚合物在基于非富勒烯受体的聚合物太阳能电池中也展现出重要的作用,已经获得了超过11%的光电转化效率.本文简要介绍了我们在高性能聚合物光伏材料的设计与应用中的相关工作,主要分为聚噻吩和苯并二噻吩材料的设计与应用、活性层形貌调控以及非富勒烯聚合物太阳能电池的相关研究.     

Enhanced Hole Transport in Ternary Blend Polymer Solar Cells

Recently, ternary blend polymer solar cells have attracted great attention to improve a short-circuit current density (J_SC) effectively, because complementary absorption bands can harvest the solar light over a wide wavelength range from visible to near-IR region. Interestingly, some ternary blend solar cells have shown improvements not only in J_SC but also in fill factor (FF). Previously, we also reported that a ternary blend solar cell based on a low-bandgap polymer (PTB7-Th), a wide-bandgap polymer (PDCBT), and a fullerene derivative (PCBM) exhibited a higher FF than their binary analogues. Herein, we study charge transport in PTB7-Th/PDCBT/PCBM ternary blend films to address the origin of the improvement in FF. We found that hole polarons are located in PTB7-Th domains and their mobility is enhanced in the ternary blend film.     

两种异质结太阳能电池聚合物供体材料的设计与理论性质

模拟了以苯并噻吩作为富电子基团分别与1H-benzo[d][1,2,3]triazole和1H-benzo[d][1,2,3]triazole-6-carbonitrile作为缺电子基团构成的两种聚合物太阳能电池供体材料(PBnDT-HTAZ, PBnDT-6CNTAZ)及PC60BM为受体材料的理论性质. 利用DFT理论分析了两种聚合物的电子和光物理性质, 通过Marcus理论研究了供-受体化合物在供受体界面的电荷转移性质和供体聚合物的空穴迁移能力. 计算结果表明: 供体聚合物具有强而宽的吸收, 并且具有强的分子内电子转移和从电子供体到电子受体的分子间电子转移, 对应的复合物都具有较小的激子束缚能; 与PBnDT-HTAZ相比, 设计的供体PBnDT-6CNTAZ, 由于引入了强吸电性的氰基而具有更大的开路电压和更好的抗氧化能力, 另外, 在供受体界面具有更好的电荷转移特性, 并且在供体中具有相对大的空穴迁移速率. 因此, 可以推断得知引入氰基的PBnDT-6CNTAZ是一种潜在的更好的太阳能电池供体材料.     

新型复合及叠层染料敏化太阳电池研究

染料敏化太阳电池（DSC,染敏电池）是一种新型光伏电池.为了进一步提高染敏电池的光电转化效率,以提高太阳光利用率、拓宽电池整体吸收为切入点,主要研究了三种叠层染敏电池及自主开发的一种基于膜转移技术的新型复合染敏电池.首先对三种叠层染敏电池的性质、不同结构中顶层及底层电池效率的影响因素进行了系统研究.其次对新型复合染敏电...