多酸基光敏剂在染料敏化太阳能电池中的应用

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,简写为DSSCs)是由Michael Gr覿tzel等开发的第三代光伏电池,它具有低成本、制作简单、光学性能可调、光电转换效率高等优势。其中光敏剂是DSSCs的重要组成部分,通过吸收可见光将电子传递到半导体导带,对整个电池的电子循环至关重要。广泛采用的光敏剂为N719等贵金属配合物,但其价格非常昂贵,很难实现大规模产业化。因此寻找低成本的非贵金属光敏剂是该领域的一项挑战。多金属氧酸盐(简称多酸,Polyoxometalates,简写为POMs)是一类具有纳米尺寸的分子基纳米材料,是分子型无机类半导体材料。多酸的富氧表面可以被活化和修饰,吸收光谱可以覆盖可见区甚至近红外区,具有合适的氧化还原电势,良好的热稳定性和溶解性。近年来,一系列研究表明多酸可以作为光敏剂应用在DSSCs中。本文中,我们以课题组多年来在POMs和太阳能电池领域的研究工作积累以及国内外同行专家的研究工作为基础,对多酸基光敏剂在DSSCs中的应用进行了详细综述。首先我们阐述了DSSCs的研究意义、多酸的简介、多酸的能级测量及调控。之后我们重点综述了多酸作为DSSCs中的光敏剂和共敏剂的研究。最后,我们对多酸基光敏剂在DSSCs领域的发展前景进行了总结和展望。本文有望引起多酸化学、材料化学及新兴交叉学科领域研究者的广泛研究兴趣,并为太阳能电池光敏剂的研究提供新的思路。     

半导体复合纳米粒子的制备,性质及在光电转换方面的应用

介绍了半导体复合纳米粒子的制备方法,光谱性质、光电催化特性和光电化学性质以及在光电太阳能转换方面的应用。     

染料敏化太阳能电池中的敏化剂

染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能电池。染料敏化剂的性能对DSSC的光电转换效率有重要的影响,要获得高的光电转换效率需要有高效、稳定的染料敏化剂。本文介绍了近年来染料敏化剂的设计合成,并讨论了各种敏化剂的优缺点及发展方向。     

光电化学过程及其应用研究的部分新成果

光电化学过程及其应用研究的部分新成果＊王尧宇时茜史启祯（西北大学化学系西安７１００６９）高忆慈（兰州大学化学系兰州７３００００）关键词光电转换材料新型太阳能电池太阳能利用１光电转换材料及新型太阳能电池１．１ＲＥＤＯＸ太阳能电池在利用太阳能的过程中，当...     

有机金属聚合物/多酸纳米杂化LB膜的制备与光电性质研究

以含有共轭大π键的有机金属聚合物(OMP)作有机组分, 以Keggin结构和Dawson结构钨(钼)磷杂多酸作无机组分, 以十八胺为辅助成膜剂, 用LB技术制备了3种新型有机金属聚合物/十八铵/杂多阴离子OMP/ODA/HPA (HPA＝PMo₁₂, PW₁₂, P₂Mo₁₈)杂化LB膜. 用π-A曲线﹑UV-vis吸收光谱﹑荧光光谱﹑原子力显微镜(AFM)﹑扫描隧道显微镜(STM)和表面光电压谱(SPS)对标题LB膜的成膜性能及光电性质进行了研究, 结果表明标题杂化LB膜的崩溃压为26.8 mN/m, 在可见光区有较强的光电压响应, 并有好的发光性质. 当电压为±8.0 V时, 隧道电流是－0.1～－2.3 nA.     

有机太阳能电池空穴传输材料研究进展

有机太阳能电池(OSCs)是一种使用有机半导体作为光活性层材料的太阳能电池。其中空穴传输层对OSCs的载流子输运、能级调节、优化光活性层形貌等方面起到了显著提升的作用,因此开发和研究空穴传输材料具有重要意义。详细综述了近几年OSCs中聚合物及金属化合物空穴传输材料的研究进展,其中对聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)、MoO₃、WS₂等传输材料的修饰和改善进行了重点讨论,并归纳了其提升器件光电转换效率(PCE)和稳定性的原因。为进一步选择和设计空穴传输层以此提升OSCs的性能提供了参考。     

高活性硫化铅电极的制备及在量子点敏化太阳能电池中的应用

为了提高量子点敏化纳晶薄膜太阳能电池的光电转换效率,我们通过连续在酸和多硫溶液中处理铅片制备了对多硫电解液具有高电催化活性的硫化铅电极. 通过电化学阻抗谱测试评价所制备硫化铅电极的催化活性,从而确定制备高效硫化铅电极的最佳条件. 以在最佳条件下制备的硫化铅为对电极、CdSe量子点敏化TiO₂纳晶薄膜为工作电极和多硫电解液组装成量子点敏化太阳能电池. 光电性能测试结果表明所制备的电极具有良好的催化活性和光电转换性能. 与已报导的方法相比,新方法大幅度地减少制备过程所需的时间,但却提高了所制备的硫化铅对电极的催化活性. 通过X射线衍射和扫描电镜测试表征了硫化铅的生成过程,探讨了催化活性提高的原因.     

双偶极半菁染料/多金属氧酸盐自组装膜的制备及其光电转换性质

通过交替吸附多金属氧酸盐K10P2W18Cd4(H2O)2O68(P2W18Cd4)和双偶极半菁染料(H6),制备了一种无机-有机杂化的自组装薄膜(P2W18Cd4/H6)n,通过紫外可见光谱和光电化学对薄膜进行了研究.结果表明,P2W18Cd4/H6自组装多层膜可被均匀沉积,层数可控,薄膜中半菁染料在可见区的吸收发生红移,并且薄膜能产生稳定的、较强的光电信号.研究了偏压、电子给体和电子受体对薄膜光电转换性质的影响.     

高活性硫化铅电极的制备及在量子点敏化太阳能电池中的应用

为了提高量子点敏化纳晶薄膜太阳能电池的光电转换效率,我们通过连续在酸和多硫溶液中处理铅片制备了对多硫电解液具有高电催化活性的硫化铅电极.通过电化学阻抗谱测试评价所制备硫化铅电极的催化活性,从而确定制备高效硫化铅电极的最佳条件.以在最佳条件下制备的硫化铅为对电极、CdSe量子点敏化TiO2纳晶薄膜为工作电极和多硫电解液组装成量子点敏化太阳能电池.光电性能测试结果表明所制备的电极具有良好的催化活性和光电转换性能.与已报导的方法相比,新方法大幅度地减少制备过程所需的时间,但却提高了所制备的硫化铅对电极的催化活性.通过X射线衍射和扫描电镜测试表征了硫化铅的生成过程,探讨了催化活性提高的原因.     

骨架非稠合的电子受体在聚合物太阳能电池中的应用

Non-fullerene electron acceptors have attracted enormous attention of the research community owing to their advantages of optoelectronic and chemical tunabilities for promoting high-performance polymer solar cells (PSCs). Among them, fused-ring electron acceptors (FREAs) are the most popular ones with the good structural planarity and rigidity, which successfully boost the power conversion efficiencies (PCEs) of PSCs to over 14%. In considering the cost-control of future scale-up applications, it is also worthwhile to explore novel structures that are easy to synthesize and still maintain the advantages of FREAs. In this work, we design and synthesize a new electron acceptor with an unfused backbone, 5, 5'-((2, 5-bis((2-hexyldecyl)oxy)-1, 4-phenylene)bis(thiophene-2-yl))bis(methanylylidene)) bis(3-oxo-2, 3-dihydro-1H-indene-2, 1-diylidene))dimal-ononitrile (ICTP), which contains two thiophenes and one alkoxy benzene as the core and 2-(3-oxo-2, 3-dihydroinden-1-ylidene) malononitrile (IC) as the terminal groups. The synthetic route to ICTP involves only three steps, with high yields. Density functional theory calculations indicate that the non-covalent interactions, O…H and O…S, help reinforce the space conformation between the central core and the terminals. ICTP shows broad and strong absorption in the long-wavelength range between 500 and 760 nm. The highest occupied molecular orbital and lowest unoccupied molecular orbital levels of ICTP were measured to be -5.56 and -3.84 eV by cyclic voltammetry. The suitable absorption and energy levels make ICTP a good acceptor candidate for medium bandgap polymer donors. The best devices based on PBDB-T:ICTP showed a PCE of 4.43%, with an open circuit voltage (V_OC) of 0.97 V, a short circuit current density (J_SC) of 8.29 mA∙cm^-2, and a fill factor (FF) of 0.55, after adding 1% 1, 8-diiodooctane (DIO) as the solvent additive. Atomic force microscopy revealed that DIO could ameliorate the strong aggregation in the blended film and lead to a smoother film surface. The hole and electron mobilities of the optimized device were measured to be 9.64 and 2.03 × 10^-5 cm²∙V^-1∙s^-1, respectively, by the space-charge-limited current method. The relatively low mobilities might be responsible for the moderate PCE. Further studies can be performed to enlarge the conjugation length by including more aromatic rings. This study provides a simple strategy to design non-fullerene acceptors and a valuable reference for the future development of PSCs.     

上/下转换材料在染料敏化太阳电池中的应用进展

上/下转换技术能将红外光和紫外光能量转换成与工作电池匹配的光谱范围内能量,解决了由于光谱不匹配造成的能量损失,实现拓宽电池的吸收光谱,提高电池的光利用率和转换效率,降低紫外光对电池稳定性的影响。稀土离子由于特殊的能级结构且发光效率高,常作为上/下转换发光材料的中心离子。近年来上转换发光中心主要集中在Er³⁺,Tm³⁺等三价离子,敏化中心则为具有特殊能级结构和较长激发态寿命的Yb³⁺离子。Tb³⁺,Eu³⁺,Sm³⁺等离子由于在紫外光区具有电荷迁移吸收带,易被高能紫外光子激发,量子效率接近100%且发射谱线主要位于可见光区,常被用作下转换发光中心。发光基质多选择声子能量低、透光范围广、易于掺杂的氟化物,并通过水热法制备出结晶度高、粒径小且分布均匀的粉体材料。目前,上/下转换技术应用于DSC的研究越来越受到人们的重视,本文将对上转换和下转换技术在DSC中的应用进行详细阐述,主要介绍上/下转换技术的发展背景,在太阳电池中的应用和方法,详细综述近几年来各类上转换和下转换材料在太阳电池中应用的研究进展,最后对其未来的发展方向进行了展望。     

准固态染料敏化太阳能电池中电解质体系的研究进展

染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cells)是新一代将光能转化为电能的重要能源转换装置。它具有低廉的材料和器件制作成本、较高的光电转换效率以及电池制作过程简单等诸多优点,拥有广阔的应用空间和巨大的潜在商业价值,因而吸引了广泛的研究关注。染料敏化太阳能电池主要由染料敏化的光阳极、电解质和对电极三个部分组成。其中,电解质作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分,其对离子的传导和扩散,以及促进染料再生的能力极大地影响着染料敏化太阳能电池的电荷传输和光电性能。本文聚焦于染料敏化太阳能电池准固态电解质体系,主要从聚合物凝胶电解质、有机小分子凝胶电解质和无机纳米粒子凝胶电解质三大方面综述讨论了该研究领域当前最新研究进展,并对其未来研究趋势进行了展望。     

TiO_2/CdS/Ru(bpy)_2(NCS)_2作为太阳电池光阳极的探讨

将 Cd S纳米粒子复合在 Ti O2 纳米多孔膜上 ,用染料 Ru( bpy) 2 ( NCS) 2 对此复合半导体纳米膜电极进行敏化 ,测量了不同 Cd S复合量的 ITO/Ti O2 /Cd S/Ru( bpy) 2 ( NCS) 2 光阳极组成光电池的能量转换效率 .实验证明 ,ITO/Ti O2 /Cd S/Ru( bpy) 2 ( NCS) 2 作为太阳电池光阳极的能量转换效率与 Ti O2 /Cd S复合半导体中 Cd S的含量有关 .当 Cd S复合时间为 5 min的电池的短路电流为 5 .2 3A/m2 ,开路电压为 0 .71 6 V,能量转换效率为 0 .77% .     

Controllable Photoelectric Properties of Carbon Dots and Their Application in Organic Solar Cells

Organic solar cells are a current research hotspot in the energy field because of their advantages of lightness,translucency,roll to roll printing and building integration.With the rapid development of small molecule acceptor materials with high-performance,the efficiency of organic solar cells has been greatly improved.Further improving the device efficiency and stability and reducing the cost of active layer materials will contribute to the industrial development of organic solar cells.As a novel type of carbon nanomaterials,carbon dots gradually show great application potential in the field of organic solar cells due to their advantages of low preparation cost,non-toxicity and excellent photoelectric performance.Firstly,the synthesis and classification of carbon dots are briefly introduced.Secondly,the photoelectric properties of carbon dots and their adjusting,including adjustable surface energy level structure,good film-forming performance and up/down conversion characteristics are summarized.Thirdly,based on these intrinsic properties,the feasibility and advantages of carbon dots used in organic solar cells are discussed.Fourthly,the application progress of carbon dots in the active layer,hole transport layer,electron transport layer,interface modification layer and down-conversion materials of organic solar cells is also reviewed.Finally,the application progress of carbon dots in organic solar cells is prospected.Several further research directions,including in-depth exploration of the controllable preparation of carbon dots and their application in the fields of interface layer and up/down conversion for improving efficiency and stability of device are pointed out.     

基于金属配合物的下转换材料及其光伏应用研究进展

太阳能光伏作为一种把太阳光转换成电能的绿色可再生能源倍受青睐。通过下转换材料将太阳光谱中的紫外光转换为可见光后被太阳能电池更高效地利用,是提高电池光电转换效率的一条可行性途径,引起了科学界的广泛关注。本文将综述用于太阳能电池的下转换材料研究成果,重点介绍基于发光金属配合物的下转换材料及其光伏应用研究进展;同时展望基于太阳能电池用下转换材料开发的发展机遇,以及亟需解决的问题和途径。     

聚合物-富勒烯太阳能电池器件物理研究进展

近期共轭聚合物-富勒烯太阳能电池的器件效率已突破10%并接近商业应用的标准,在科研和产业领域引起了广泛关注. 伴随器件效率的提升,对有机太阳能电池器件物理过程的认识也在不断深入. 本文就近年来聚合物太阳能电池的代表性工作进行综述,着重介绍提高器件效率的新方法,涵盖三相本体异质结、反向器件、等离激元共振效应和叠层器件等热点技术;并就器件工作的物理过程进行探讨,介绍热激子分离理论、非整数次电荷复合等新观点. 通过材料设计、器件表征优化和理论计算等方法对聚合物太阳能电池进行的综合研究将有力推进这一新兴领域的发展和产业化.     

喷墨打印技术制备聚合物太阳能电池的研究进展

聚合物太阳能电池具有成本低、质量轻、容易制备大尺寸器件等优势,是太阳能电池研究中最为活跃的领域之一。喷墨打印技术作为新的成膜技术,具有材料利用率高、快速、可柔性加工等优点,已被用于聚合物太阳能电池的制备,发展潜力巨大。综述了聚合物太阳能电池、喷墨打印技术和喷墨打印技术制备聚合物太阳能电池的研究进展,同时对聚合物太阳能电...     

硅纳米晶的制备及其在太阳电池中的应用研究

硅纳米晶由于量子限域效应的作用而产生了多种不同于体硅材料的新特性,如荧光效应显著、光学带隙可调等,因而在微电子、光伏、生物医学等领域受到极大的重视。本文介绍了分立的硅纳米晶颗粒和硅纳米晶薄膜的制备方法,并对比了不同方法制备硅纳米晶体的优缺点。着重介绍了硅纳米晶体在太阳电池中应用的几种方式,包括利用纯硅纳米晶薄膜制备太阳电池、硅纳米晶体与有机薄膜基质结合形成复合结构太阳电池、含有硅纳米晶颗粒的硅墨水在太阳电池中的应用等。     

多金属氧酸盐及其溶液自聚集行为研究进展

多金属氧酸盐(POM)是一类由过渡金属与氧原子桥连而成的阴离子簇合物,由于其特殊的分子结构及优异的物理化学性质,使其在催化、医药、材料科学、表面化学、超分子化学等领域有广泛的应用价值。 POM在稀的水溶液中能够发生自聚集,形成类似两亲分子溶液中的“有序聚集体结构”,赋予其新的结构和性质,以期开发出新型纳米器件及在催化、药物等领域得到应用。 本文介绍了POM的主要结构、性质和近年来的应用,阐述了其在溶液中自聚集行为的研究状况和新进展。