多功能可交联材料在聚合物太阳能电池中的应用

近年来,可交联材料在有机光电器件领域,尤其是聚合物太阳能电池领域,得到了广泛的应用研究。可交联材料作为活性层中的给体材料或受体材料以及制作有序本体异质结聚合物太阳能电池,可以提高器件的稳定性及光电转化效率。可交联材料应用于聚合物太阳能电池的电子传输层或空穴传输层,可以提高器件的开路电压、转化效率、稳定性等各项性能参数。本文根据可交联材料在聚合物太阳能电池中的功能的不同,详细地描述了可交联材料的官能团种类、处理时间、温度以及引发剂等因素对聚合物太阳能电池光电性能的影响,同时评述了可交联材料应用于聚合物太阳能电池的缓冲层及制作有序本体异质结聚合物太阳能电池的研究进展,最后展望了可交联材料在该领域的发展前景。     

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。     

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。     

全固态介观太阳能电池:从染料敏化到钙钛矿

介观太阳能电池(Mesoscopic Solar Cells)作为新一代太阳能电池的突出代表, 具有原材料来源丰富, 制备工艺简单, 光电转换效率高等优点, 从而具有广阔的应用前景. 本工作简要评述了全固态介观太阳能电池从染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells)发展到钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells)过程中新材料、新技术和新概念的研究进展. 1998年, Grätzel课题组首次将固态有机空穴传输材料spiro-OMeTAD应用到染料敏化太阳能电池中, 制备出全固态染料敏化太阳能电池, 虽然仅获得了0.74%的光电转换效率, 但是却使得全固态染料敏化太阳能电池迅速发展成为介观太阳能电池的重要研究方向. 2012年, Park与Grätzel课题组合作, 使用钙钛矿型吸光材料(CH₃NH₃)PbI₃作为敏化剂, spiro-OMeTAD作为空穴收集层, 制备出光电转换效率达到9.7%的全固态介观太阳能电池, 又被称为钙钛矿太阳能电池. 自此, 基于钙钛矿材料的介观太阳能电池迅速成为太阳能电池领域的研究热点. 目前, 钙钛矿太阳能电池的最高公证效率已经达到20.1%. 钙钛矿太阳能电池作为介观太阳能电池商业化道路上里程碑式的突破, 在材料开发、界面优化以及器件稳定性方面的研究仍充满挑战, 也期待新的突破.     

离子液凝胶的研究进展

离子液凝胶结合了离子液体的稳定、不挥发、良好导电性以及普通凝胶的环境响应性智能特点,因而不但可用于制作新型太阳能电池、锂电池、超级电容器、人工肌肉和电致变色装置,还可作为功能膜材料用于催化反应和气体分离,以及作为生物传感器用于检测葡萄糖、多巴胺等生物分子.本文综述了近年来离子液凝胶主要的制备方法及其在电化学、热学、环境响应等方面的性能,展望了这些材料作为光电材料、功能膜材料和生物传感器的潜在巨大前景.     

低成本富勒烯衍生物电子传输层在钙钛矿太阳能电池的应用（英文）

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)近几年吸引了众多的关注。目前,在反式平板异质结钙钛矿太阳能电池中,最普遍使用的电子传输层材料是富勒烯衍生物PCBM,但是由于其价格昂贵,将会影响钙钛矿太阳能电池的最终产业化。本文开发出一种新的低成本富勒烯衍生物N-甲基-2-戊基[60]富勒烯吡咯烷(NMPFP)来取代PCBM,用于反式钙钛矿太阳能电池的电子传输层。和PCBM电子传输层相比,NMPFP具有更快的电子传输速率。用NMPFP制作的钙钛矿太阳能电池几乎没有迟滞现象,取得了13.83%的光电转换效率,和PCBM电池性能相当。而且,由于NMPFP更强的疏水性,其电池的稳定性优于PCBM电池。本研究表明NMPFP是一种非常有前景的电子传输材料,用于反式平板钙钛矿太阳能电池,可以有效的取代PCBM。     

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.     

有机太阳能电池材料研究新进展

介绍了有机太阳能电池研究的背景、基本原理、分类,并对有机太阳能电池材料进行了全面综述,包括小分子太阳能电池材料、大分子太阳能电池材料、D-A体系材料和有机无机杂化体系材料.     

单元素二维材料及其衍生物作为电荷传输层在太阳能电池中应用的研究进展

随着环境污染的日益严重和能源危机的不断加剧, 新能源的开发和利用逐渐成为研究的重点. 在各种已开发的绿色能源技术中, 光伏发电是一种非常有前景的技术. 尽管传统硅基太阳能电池已取得长足进步, 但其性价比与传统能源相比仍有差距. 因此, 开发低成本高效太阳能电池迫在眉睫, 但新型太阳能电池的应用仍受到稳定性差与效率较低的双重考验. 在前期研究基础上, 人们将化学和物理性能优异的单元素二维材料及其衍生物作为电荷传输层引入太阳能电池中, 在改善电池稳定性及提升效率方面取得了积极的效果. 本文综合评述了纳米级单元素二维材料及其衍生物作为太阳能电池电荷传输层的相关研究进展. 这些单元素材料的引入使得所研究的太阳能电池效率得到了显著的提高, 同时也证明该类型电荷传输层的构建为满足现代社会能源需求提供了新技术平台. 文章最后讨论了单元素二维材料在太阳能电池中应用面临的关键挑战和发展前景.     

基于聚合物给体与非富勒烯有机小分子受体材料的有机太阳能电池研究进展

在本体异质结有机太阳能电池的研究中,富勒烯及其衍生物是一类重要的n-型电子受体材料,然而基于富勒烯的材料有一些难以克服的弱点,例如在可见光范围内较弱且窄的吸收、很难调节的带隙、溶解性较差等,这些都严重限制了富勒烯类材料在有机太阳能电池中作为n-型受体材料更广泛的应用。而非富勒烯n-型电子受体材料比富勒烯类材料拥有在可见光光谱中更加宽广的吸收范围、能级更易调节、合成简便、加工成本更低、溶解性能更加优异等重要特点,目前基于非富勒烯类材料的本体异质结有机太阳能电池的能量转换效率超过了4%。本文综述了几类非富勒烯类有机小分子受体材料的研究进展,讨论了提高基于非富勒烯类有机小分子材料的有机太阳能电池器件性能的关键因素,并对其发展前景作了展望。     

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.     

卤化钙钛矿太阳能电池材料理论研究进展

卤化钙钛矿由于具有低成本、高效率等特点,最近作为非常有前景的太阳能电池吸收层材料被广泛研究。卤化钙钛矿型太阳能电池效率在短短的几年间由3.8%(2009年)迅速增加到22.1%(2016年)。卤化钙钛矿型太阳能电池的出现彻底改变了太阳能电池领域,不仅因为它们快速增长的效率,而且因为它们在材料生长和结构方面的可控性。卤化钙钛矿型太阳能电池的优越性能说明卤化钙钛矿材料具有独特的物理性质。在本综述中,我们总结了卤化钙钛矿材料最近几年在结构、电学、光学方面的理论研究成果,这些都与它们在太阳能电池方面的应用密切相关。我们也将探讨一些卤化钙钛矿型太阳能电池目前遇到的挑战以及可能的理论解决途径。     

宽光谱太阳能电池

太阳能电池的光谱响应特性和光电转换效率与光伏材料的微观能带结构及其宏观组装方式密切相关。无论使用哪种光伏材料,普通单结或单层太阳能电池都只能对部分波段的太阳光进行有效利用。宽光谱研究的目标是要使太阳能电池更好地利用太阳光谱所覆盖的全部波段范围的能量,从而提高太阳能电池光电转换效率。本文从化学角度综述了实现宽光谱太阳能电池的基本方法和当前的研究进展,其中包括叠层太阳能电池、中间带太阳能电池、量子点太阳能电池、热光伏太阳能电池、上转换和下转换、分子基柔性太阳能电池等方法。     

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...     

新型C60衍生物的合成及其太阳能电池性能

通过三种不同的合成路线合成三种新型C₆₀衍生物,这三种合成路线分别为:偶氮烷烃环加成反应,Bingle-Hirsch反应和Prato反应.由于含有不同的化学结构,三种化合物作为电子受体具有不同的电子亲和力.这三种C₆₀衍生物和[6,6]苯基C61-丁酸甲脂(PCBM)一起被制作成聚合物太阳能电池.它们的太阳能电池性能表现出与它们结构和溶解性能很大的相关性.这为选择哪种结构C₆₀衍生物作为聚合物太阳能电池材料提供了指导.     

1,4-二酮吡咯并吡咯在聚合物太阳能电池的应用

1,4-二酮吡咯并吡咯(DPP)由于具有优异的共平面性和强烈的拉电子能力,从而被引入D-A型窄带隙共轭聚合物中调控聚合物材料的能隙和能级结构,拓宽在可见光区域的响应范围。近年来,DPP类聚合物太阳能电池材料的研究受到广泛关注,目前基于DPP的聚合物太阳能电池效率高已达9.64%。本文探讨了以DPP作为受体单元而噻吩衍生物、芴、咔唑和苯并二噻吩等作为给体单元制成的D-A型窄带隙共轭聚合物太阳能电池的研究进展,并探讨了聚合物材料结构与太阳能电池性能之间的内在构效关系。     

ABX3型钙钛矿光伏材料的结构与性质调控

近年来,钙钛矿太阳能电池由于其效率高、制造成本低、工艺简单等特点受到广泛关注,成为目前太阳能电池领域的研究热点。在钙钛矿太阳能电池中,无机-有机杂化ABX₃材料非常重要。它既作为光吸收材料,同时又作为载流子传输材料,因此它的光电性质直接影响到太阳能电池的效率。本文综述了调控无机有机金属卤化物ABX₃型钙钛矿光伏材料结构和性质的几种途径。     

铅卤钙钛矿敏化型太阳能电池的研究进展

铅卤钙钛矿太阳能电池由于其低廉的成本, 简易的制备工艺和具有商业化潜力的效率等优点, 在最近两年里成为太阳能领域广受关注的新星. 铅卤钙钛矿太阳能电池的结构, 材料合成和制作工业在短时期内发生多项革命性的变化. 铅卤钙钛矿敏化型太阳能电池从最初使用液体电解液的敏化电池, 演变为固态敏化电池. 铅卤钙钛矿也从最初沉积在介孔膜的空隙的传统敏化结构, 演变为介孔空隙填充和致密覆盖层结合的混合型敏化结构. 通过这些结构的演化和材料制备的进步, 敏化型铅卤钙钛矿太阳能电池具备了较高的稳定性和高效率的两大优点. 对铅卤钙钛矿敏化型太阳能电池的研究进展进行简要综述.     

有机太阳能电池材料的研究进展

近年来,不同体系及不同结构的有机太阳能电池材料的研究都取得了很好的效果。本文主要介绍有机太阳能电池的结构和作用原理,并对用于太阳能电池的共轭材料(包括小分子和大分子材料)进行了详细的综述和分析。     

石墨烯在有机/聚合物太阳能电池中的应用进展

近年来有机/聚合物太阳能电池得到国内外研究者的广泛关注,但其目前较低的能量转换效率有待进一步提高以满足市场化的需求。本文综述了新型二维电子材料石墨烯及其衍生物在有机/聚合物太阳能电池的受体材料、电极材料、电荷传输材料方面的研究进展,分析了石墨烯功能化的方法以及石墨烯衍生物应用于有机太阳能电池中的性能参数,最后对石墨烯及其衍生物的合成和修饰方法进行展望,以期将来在有机太阳能电池材料中得到更好的应用。