碳基钙钛矿太阳能电池的研究进展

由于具有成本低、工艺简单等优点,有机-无机杂化太阳能电池(PSCs)的研究和发展受到了广泛的关注,光电转换效率也快速提升到与传统晶体硅太阳能电池相当的水平。 然而,PSCs稳定性差的问题严重限制了其商业化。 在各种PSCs中,基于碳电极的无空穴传输层器件(C-PSCs)去除了影响稳定性的有机空穴传输层和金属电极,使得器件稳定性得到了明显的提高,是最具有应用前景的电池器件之一。 自从2013年首次报道以来,C-PSCs的各方面研究取得了很大的进展,效率也从最初的6.6%提高到现在的15.9%。 本综述将系统地介绍C-PSCs的最新研究进展,包括器件结构和工作原理、各部分研究进展(电子传输层、钙钛矿薄膜和碳电极),以及存在的问题和解决方案。     

界面修饰策略在钙钛矿太阳能电池中的应用

目前钙钛矿太阳能电池的认证效率已达25.2%,被认为是下一代最有希望的薄膜太阳能电池候选者。但通过溶液加工方法制备的钙钛矿薄膜不可控的形貌与较差的结晶性是制约器件稳定性提升和大面积生产的主要原因。为了有效解决这一难题,研究者们通常在电荷传输层与钙钛矿层之间进行界面修饰。本文从界面修饰的角度出发,总结了不同界面修饰策略在钙钛矿太阳能电池中的应用,并展望了界面修饰在低成本和大面积钙钛矿太阳能电池的应用前景。     

掺杂PEDOT：PSS空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池(PSCs)因易于制备、生产成本低和能量转换效率高而受到广泛关注。聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)由于具有易低温加工、透光度高和适宜空穴迁移率等特点而成为PSCs中空穴传输层的研究热点。本文简述了倒置PSCs的结构及工作原理,重点介绍了掺杂PEDOT∶PSS空穴传输层在PSCs领域的研究现状。分别从有机化合物掺杂剂、无机化合物掺杂剂和表面活性剂掺杂剂三个类别概述了掺杂PEDOT∶PSS空穴传输层对PSCs性能的影响。最后,对该领域存在的问题提出潜在措施以改善PEDOT∶PSS掺杂层在PSCs中的应用。     

钙钛矿量子点在荧光分析检测中的应用

钙钛矿量子点(PQDs)是一种新兴的发光纳米晶体,相较于传统量子点材料,PQDs有着高荧光量子产率、强量子光发射、窄发射带宽、可调谐发射波长等更为优异的光学性能,故而在荧光分析检测领域内具有广阔的应用前景。本文简述了PQDs的结构、合成及其光学调控;综述了PQDs在重金属离子、有机物、气体及阴离子荧光分析检测中的研究进展,对其检测效果及机理展开讨论分析;此外,本文还总结了PQDs在实际应用中存在问题的应对策略及解决思路,展望了其发展前景,以期为PQDs在荧光分析检测领域的进一步应用提供参考。     

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.     

钙钛矿太阳能电池电子传输层的制备及应用

目前,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSC)的器件效率已经超过25％.电子传输层作为PSC中的重要组成部分在提取和传输光生电子,阻挡空穴,修饰界面,调节界面能级和减少电荷复合等方面起着关键作用.无机n型材料,例如TiO2、ZnO、SnO2和其他金属氧化物材料具有成本低和稳定性好的特点,经常在传统PSC中被用作电子传输...     

从量子点的角度审视碳点的研究进展

碳点不仅具有类似于传统量子点的强发光和小尺寸特性,还表现出传统量子点无法比拟的水相分散性和生物相容性等优势.作为量子点领域的一个新兴分支,碳点的结构、合成化学和光电性质与传统量子点显著不同,也为量子点的发展提供了新的机遇和挑战.随着碳点领域的迅速发展和不断深化,越来越有必要在一些基本概念上与传统量子点比较,并从传统量子点的角度澄清碳点的独特特征和关键挑战.本综述主要聚焦于基本结构、合成化学、光学性质和应用研究等四个方面,从传统量子点基础概念的角度来重新审视碳点领域的研究进展和挑战.     

电泳法制备的致密氧化锡薄膜及其在高稳定性钙钛矿太阳能电池中的应用

在平面型钙钛矿太阳能电池中常采用SnO₂作为电子传输层材料,相应的SnO₂薄膜常采用溶液旋涂法制备。但是由于前驱液中的纳米颗粒可能会发生部分团聚、基底和溶液难以完全避免灰尘等杂质颗粒混入,且最佳的SnO₂电子传输层的厚度通常仅有约20 nm,所以这种方法制备的电子传输层难以保证严格致密和无纳米针孔。在本工作中,我们报道了一种电泳沉积制备致密SnO₂薄膜的方法,并用其有效地提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和工况稳定性。通过电泳法,表面带负电荷的SnO₂纳米颗粒在电场的作用下沉积到氧化铟锡(ITO)阳极表面,这种方法得到的薄膜比旋涂法制备的更为致密。将其应用于n-i-p结构的钙钛矿太阳能电池中,能够使得暗电流降低并抑制载流子的非辐射复合,从而提高电池的短路电流和开路电压,进而实现更高的光电转换效率(从18.17%提高到19.52%),且能消除迟滞效应。更重要的是,长期工况稳定性测试表明基于电泳-旋涂法制备的器件在1个太阳的光照下、最大功率点处连续工作960 h后,仍然能够保持71%的初始效率;然而基于旋涂法制备的器件在工作100 h后即降低到初始效率的70%。本工作提供了一种全新的SnO₂电子传输层的制备方法,显著地提高了器件性能和工况稳定性,后续有望应用于制备大面积器件和电池模组。     

荧光碳量子点在食品分析中的研究进展

碳量子点作为一类新型的荧光纳米粒子,由于其具有优异的光学性能、低毒性、良好的生物相容性,在食品分析领域显示出巨大的应用潜力。本文介绍了碳量子点的荧光检测机理包括内滤效应、光致电子转移效应、荧光共振能量转移效应等,综述了碳量子点在食品分析中的应用,如对重金属离子、食品添加剂、食源性致病菌、农药残留、兽药残留以及食品营养成分的检测等,讨论了碳量子点技术在食品安全领域所面临的挑战和前景。     

量子点在法庭科学手印显现中的研究进展

随着纳米技术的进步,纳米颗粒正在被逐步应用到法庭科学领域的手印检验之中。近年来,半导体量子点因其良好的荧光特性而备受国内外法庭科学家的推崇,但大多数半导体量子点具有毒性,且会对环境造成污染,这些问题制约了半导体量子点在法庭科学领域中的应用。与传统有机染料和金属内核的半导体量子点相比,碳量子点具有毒性低、污染小、生物相容性优异的特点,现已应用于医学、生物、化学等多个领域。本文综述了半导体量子点在手印显现中的应用,介绍了碳量子点的研究进展,并指出碳量子点显现手印是今后法庭科学领域的重要研究方向。     

基于吡嗪空穴传输层的合成及在p-i-n型钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池由于具有高的光电转换效率,简单的溶液加工工艺,较低的成本等优势因而拥有广阔的应用前景。有机小分子空穴传输层材料在钙钛矿太阳能电池中扮演着极其重要的角色。在本工作中,我们设计和合成了基于吡嗪为分子中心核,三苯胺为分枝的X型空穴传输层材料PT-TPA。与Si-OMeTPA对比,吡嗪的引入不仅不会影响其结晶性,并且能够改善其电荷转移特性和分子中心共平面性,从而显著提升了PT-TPA的空穴迁移率。在非掺杂的情况之下,基于PT-TPA空穴传输层的p-i-n型钙钛矿太阳能电池展现出17.52%的光电转换效率,与相同条件下基于Si-OMeTPA空穴传输层的器件相比,效率提高了近15%。     

反式钙钛矿电池超薄空穴传输层研究进展

空穴传输层(HTLs)厚度对反式钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能具有重大影响,因其显著影响太阳光透过和HTLs的空穴传输性能。几个纳米至十几个纳米厚度的超薄HTLs在减少伴生吸收、电荷传输损失和材料消耗等方面具有明显优势。目前,有许多成熟的制备超薄无机HTLs的方法,并在反式和叠层PSCs中得到广泛研究与应用。最近,一些关于有机超薄HTLs的新型制备方法也展现出良好的性能并逐渐引起相关领域研究者关注。在此,本文主要总结反式PSCs中超薄HTLs的研究进展与应用,关注其未来发展的挑战和方向,为该领域进一步的研究提供参考。     

煤基碳量子点合成研究进展

随着纳米科学技术的出现与发展,各种纳米材料层出不穷,碳量子点以其独特且优异的性质吸引了众多研究者的关注。碳源材料对碳量子点的合成及性质有着重要影响,我国煤炭储量相对丰富,焦炭、煤焦油和煤沥青等煤基衍生物的产量也居于世界前列,煤及煤衍生物富含芳环结构,在微观结构上适宜制备碳量子点。本文主要综述了近年来以煤及煤衍生物为碳源,通过化学试剂氧化、超声和电化学氧化等方法合成碳量子点(统称为煤基碳量子点)的研究进展,阐述了煤及其衍生物作为原料的优势所在,对比分析了不同制备方法的特点,并简要介绍了煤基碳量子点的性质以及其在生物成像、金属离子检测和光催化等领域的应用,最后对煤基碳量子点的可控制备等前景进行了展望。     

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

Organic-inorganic hybrid perovskite solar cells (PSCs) have attracted significant attention owing to their high absorption coefficient and ambipolar charge transport properties. With only several years of development, the power conversion efficiency (PCE) has increased from 3.8% to 22.7%. In general, PSCs have two types of structural architecture: mesoporous and planar. The latter possesses higher potential for commercialization due to its simpler structure and fabrication process, especially the inverted planar structure, which possesses negligible hysteresis. In an inverted PSC, the electron transport materials (ETM) are deposited on a perovskite film. Only a few ETMs can be used for inverted PSCs as the perovskite film is easily damaged by the solvent used to dissolve the ETM. Furthermore, the energy levels of the ETM should be well aligned with that of the perovskites. Normally it is difficult to use inorganic ETMs as they require high temperatures for the annealing process to improve the electron conductivity; the perovskite film cannot sustain these high temperatures. To date, the fullerene derivative, [6, 6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), is the most commonly used organic ETM for high efficiency inverted planar PSCs. However, the high manufacturing cost due to its complex synthesis retards the industrialization of the PSCs. Here, we introduce a fullerene pyrrolidine derivative, N-methyl-2-pentyl-[60]fullerene pyrrolidine (NMPFP), synthesized via the Prato reaction of C₆₀ directly with cheap hexanal and sarcosine. Then the NMPFP electron transport layer (ETL) was prepared by a simple solution process. The properties of the resulting NMPFP ETLs were characterized using UV-Vis absorption spectroscopy, cyclic voltammetry measurements, atomic force microscopy, and conductivity test. From the results of the UV-Vis absorption spectroscopy and cyclic voltammetry measurements, the LUMO level of NMPFP ETL was calculated to be 0.2 eV higher than that of the PCBM ETL. This contributes to a higher open-circuit photovoltage. In addition, the NMPFP film presented higher conductivity than the PCBM film. Thus, the photo-generated charge carriers in the perovskite films should be transported more efficiently to the NMPFP electron transport layer (ETL) than to the PCBM ETL. This was confirmed by the results of the steady-state photoluminescence spectroscopy. Finally, the NMPFP as an alternative low-cost ETL was employed in an inverted planar PSC to evaluate the device performance. The device made with the NMPFP ETL yielded an efficiency of 13.83% with negligible hysteresis, which is comparable to the PCBM counterpart devices. Moreover, since stability is another important parameter retarding the commercialization of PSCs, the stability of the PCBM and NMPFP base PSCs were investigated and compared. It was found that the NMPFP devices possessed significantly improved stability due to the higher hydrophobicity of the NMPFP. In conclusion, this research demonstrates that NMPFP is a promising ETL to replace PCBM for the industrialization of cheap, efficient and stable inverted planar PSCs.     

碳基量子点荧光传感器在环境检测中的应用研究

由于优越的光学性能、良好的水溶性及生物相容性,碳基量子点在荧光传感器方面的应用引起了越来越多人的关注,特别是对金属离子卓越的检测性能使其广泛应用于环境检测。为了帮助更好地了解到碳基量子点的应用,本文对碳量子点、石墨烯量子点、氧化石墨烯量子点的合成及其在环境检测中的应用进行总结,并对碳基量子点荧光传感器的应用进行展望。     

碳量子点的合成与应用

近年来,由于碳纳米材料具有高的催化活性以及好的稳定性等优点,其在科学、工程以及商业领域都得到了广泛的应用。其中新型"零维"碳纳米材料--碳量子点(carbon dots, CDs)具有荧光信号稳定、无光闪烁、激发波长和发射波长可调控等独特的光学性质,以及生物毒性小和生物相容性好等优势,逐渐成为碳纳米材料的研究热点,广泛应用于生物成像、生物细胞标记、传感器、光催化、太阳能电池以及发光元件等领域。本文主要综述了CDs的不同合成方法(包括自上而下法和自下而上法)及其应用。     

碳量子点的制备、性质及应用

碳量子点作为一种新型零维碳纳米材料,由于其独特的光致发光性质、良好的光诱导电荷转移性质、高化学稳定性、良好亲水性、低毒性、良好生物相容性、高耐光性,在光催化、药物载体、光电子器件、生物成像、离子检测等领域展现了巨大的应用前景,近年来引起了人们的广泛关注.文中详细介绍了碳量子点的制备、性质及应用的研究进展,并对其未来的研究方向进行了展望.     

碳量子点及其性能研究进展

碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs)是一种新型的碳纳米材料,因其强的量子限域效应和稳定的荧光性能等一系列优异性能,吸引了化学、物理、材料和生物等各领域科学家的广泛关注。相比传统半导体金属量子点,CQDs还具备优异的低毒性和生物相容性,更拓宽了其在生物领域内的研究前景。本文简要地介绍了CQDs的制备方法,主要包括自上而下和自下而上两个方向。除此之外,本文综述了CQDs突出的物理化学性质和性能,包括CQDs的荧光性能、生物相容性和上转换效应,并对CQDs在其在生物成像上的应用进行了归纳。     

发光碳量子点的合成、性质和应用

基于碳量子点具有良好的水溶性、化学惰性、低毒性、易于功能化和抗光漂白性等优异性能,碳量子点和其它的碳纳米材料（如富勒烯、碳纳米管和石墨烯等）同样引起了研究者广泛的关注。 碳量子点可以通过很多较为廉价的一步法进行大规模的制备,包括化学氧化法、超声法、微波法和激光烧蚀法等。 本文主要介绍了不同碳量子点的合成方法,以及依赖于碳量子点尺寸和波长等性质的发光性能,并且讨论了碳量子点在生物成像、光催化、能量转换/储存、光电子、光限幅和传感器等方面的应用。