异质结界面修饰对TiO2/P3HT杂化太阳电池光电性能的增强作用

采用水热法在F-SnO₂(FTO)导电玻璃上制备了一维TiO₂纳米棒阵列, 将一种两亲有机三苯胺染料M分子吸附在其表面, 进而旋涂有机聚合物聚3-己基噻吩P3HT, 构建结构为FTO/TiO₂/M/P3HT/PEDOT:PSS/Au的杂化太阳电池. 瞬态光电流谱反映在杂化电极中存在pn异质结. 接触角测试表明TiO₂表面吸附有机M分子后, 亲水性表面转变为疏水性表面, 利于与聚合物P3HT的进一步接触; 稳态荧光发射光谱表明经修饰的杂化电极的荧光发射强度降低, 由荧光衰减曲线拟合得到的荧光寿命降低, 说明在TiO₂与P3HT之间存在有效的电荷转移, 电荷复合被抑制. 电化学阻抗分析表明界面修饰后电子复合电阻和电子寿命增大. 电池的特性参数均比界面修饰前有所提高, 光电转换效率为1.61%. 另外, 对该电池的工作机理、电荷传输过程进行了初步探讨.     

制备二氧化钛分枝纳米棒阵列结构以提高聚合物杂化太阳电池的性能

分别采用一步水热法和两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备了二氧化钛(TiO₂)纳米棒(NR)阵列和TiO₂分枝纳米棒(B-NR)阵列。 利用低温化学浴沉积法(CBD)在TiO₂纳米棒阵列(NRA)和TiO₂分枝纳米棒阵列(B-NRA)基底上沉积Sb₂S₃纳米粒子(NPs)。 接着分别旋涂聚-3已基噻吩(P3HT)和2,2'7,7'-四-(二甲氧基二苯胺)螺芴(Spiro-OMeTAD)组装成TiO₂(NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD和TiO₂(B-NRA)/Sb₂S₃/P3HT/ Spiro-OMeTAD为光活性层的杂化太阳电池。 结果表明,由TiO₂(NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的光电转换效率(PCE)是2.92%,而由TiO₂(B-NRA)/Sb₂S₃/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的PCE提高到了4.67%。     

硅橡胶/正硅酸乙酯杂化膜的制备及其富氧性能

硅橡胶/正硅酸乙酯杂化膜的制备及其富氧性能;气体分离;硅橡胶膜;杂化膜;富氧性能     

nc-Si:H/c-Si硅异质结太阳电池中本征硅薄膜钝化层的优化

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法在低温、低功率的条件下制备了一系列本征硅薄膜, 研究了硅烷浓度(C_S)对薄膜微结构、光电特性及表面钝化性能的影响. 将本征硅薄膜作为钝化层应用到氢化纳米晶硅/晶硅(nc-Si:H/c-Si)硅异质结(SHJ)太阳电池中, 研究了硅烷浓度和薄膜厚度对电池性能的影响. 实验发现: 随着硅烷浓度的降低, 本征硅薄膜的晶化率、氢含量、结构因子、光学带隙和光敏性等都在过渡区急剧变化; 本征硅薄膜的钝化性能由薄膜的氢含量及氢的成键方式决定. 靠近过渡区的薄膜具有较好的致密性和光敏性, 氢含量最高, 带隙态密度低, 且主要以SiH 形式成键, 对硅片表现出优异的钝化性能, 使电池的开路电压大幅提高. 但是, 当薄膜的厚度过小时, 会严重影响其钝化质量. 本实验中, 沉积本征硅薄膜的最优硅烷浓度为6% (摩尔分数), 且当薄膜厚度为~8 nm时, 所制备电池的性能最好. 实验最终获得了开路电压为672 mV, 短路电流密度为35.1 mA·cm^-2, 填充因子为0.73, 效率为17.3%的nc-Si:H/c-Si SHJ太阳电池     

退火温度对TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜光电性能的影响

采用水热法在FTO上制备(001)高活性晶面主导的TiO_2纳米片薄膜,利用循环伏安法在TiO_2纳米片薄膜上沉积CdSe颗粒,制备了TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜。分别在150、250、350、450℃,氩气保护气氛中对样品进行退火。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计以及电化学工作站对不同温度退火后的TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜的微观形貌、晶体结构、光电化学性能进行表征和测试。结果表明:六方相CdSe纳米颗粒均匀包覆在TiO_2纳米片表面,直径30 nm左右;随着退火温度的升高CdSe纳米颗粒长大,形成光滑的CdSe薄膜,且晶化程度提高;TiO_2纳米片表面的Se元素与Cd元素发生氧化;TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜对可见光的吸收光谱发生红移,禁带宽度逐渐减小。光电化学性能测试表明随着退火温度的升高,TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜的光电流密度显著提高,开路电压减小,但由于SeO_2和CdO的出现,导致填充因子减小,影响光电转换效率的提高。在本实验条件下,TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜的最佳退火温度为150℃,填充因子为0.77,光电转换效率达到3.12%。     

薄膜结构及形貌对钙钛矿电池性能的影响

采用液相连续沉积法制备了有机/无机杂化钙钛矿太阳电池,并研究了不同形貌钙钛矿(CH3NH3PbI3)光活性层对太阳电池性能的影响.实验结果表明在连续沉积法中PbI2的结构对CH3NH3PbI3层的形貌具有重要的影响,PbI2薄膜中适当的孔洞结构有利于其与CH3NH3I充分反应形成CH3NH3PbI3层.致密的PbI2层造成PbI2的转化不完全,导致CH3NH3PbI3颗粒较小,吸收较弱,影响电池的短路电流.而CH3NH3PbI3颗粒过大会引起CH3NH3PbI3薄膜孔洞产生,造成电池的开路电压下降.通过对电池制备工艺的优化获得了13.5%的最佳光电转换效率.     

基于有机/无机杂化钙钛矿有序结构的异质结及其光伏性能的研究

研究了一种新型的有机/无机杂化钙钛矿材料(3-BrC₃H₆NH₃)₂CuBr₄薄膜的聚集态形貌和良好的微观有序性特征, 霍尔迁移率测试结果表明该材料为p型半导体, 空穴迁移率为0.0025 cm²•V^－1•s^－1. 利用其在紫外-可见光谱范围内与C₆₀薄膜具有良好的光吸收互补性, 制备并研究了(3-BrC₃H₆NH₃)₂CuBr₄/C₆₀层状异质结结构中的暗态传输和光伏性能. 对不同退火温度下杂化钙钛矿薄膜的聚集态特性和器件性能之间的联系进行了探讨, 结果表明在低温退火条件下, 由于钙钛矿结构材料中有机组分排列更加有序, 器件显示更好的性能.     

CuS/TiO2纳米管异质结阵列的制备及光电性能

利用水热反应制备了CuS/TiO2纳米管异质结阵列,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射谱(XRD)等手段表征了异质结阵列的表面形貌和晶体结构.电流-电压曲线结果表明,CuS/TiO2纳米管异质结阵列具有明显的整流效应.根据表面光电压谱和相位谱,在376～600 nm之间,CuS/TiO2纳米管异质结阵列表现为p型半导体特征,电子在表面聚集;在300～376 nm之间表现为n型半导体特征,空穴在表面聚集;在376 nm处异质结阵列的表面光伏响应为零.CuS/TiO2和CuS/ITO之间界面电场的不同导致异质结在不同波长范围内表面电荷聚集的差异.光电化学性能测试发现,以CuS/TiO2纳米管异质结阵列为光阳极组成的光化学太阳电池,在大气质量AM 1.5G,100 mW/cm2标准光强作用下具有0.4%的光电转换能力.     

Pd修饰的选择分离氢的负载型PI-SiO2杂化膜的制备及应用

 以负载TiO2过渡层的硅藻土-莫来石陶瓷膜管为支撑体,采用溶胶-凝胶法制备了金属钯修饰的负载型聚酰亚胺-二氧化硅杂化膜(Pd-PI-SiO2). 利用红外光谱、扫描电子显微镜和低温N2吸附等手段对膜材料结构、微观形貌及孔径分布等进行了表征,并对CH4, H2O, H2, CO2, CO和N2等气体进行了选择渗透性测试. 结果表明,杂化膜中聚酰亚胺与二氧化硅间形成了键联结构; 钯以还原后的金属态存在且分散均匀,能对聚酰亚胺-二氧化硅膜的孔结构起到修饰作用; 杂化膜孔径为 4 nm 左右; N2在此膜中的渗透通量为0.20×10-7 mol/(m2·Pa·s), H2/N2分离因子达542; 钯能够促使H2在膜渗透过程中按表面扩散机制进行,有助于分离混合气中的氢分子.     

退火温度对TiO2/CdSe纳米片异质结薄膜光电性能的影响

采用水热法在FTO上制备（001）高活性晶面主导的TiO₂纳米片薄膜,利用循环伏安法在TiO₂纳米片薄膜上沉积CdSe颗粒,制备了TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜。分别在150、250、350、450 ℃,氩气保护气氛中对样品进行退火。利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FESEM）、X射线光电子能谱分析仪（XPS）、紫外-可见（UV-Vis）分光光度计以及电化学工作站对不同温度退火后的TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的微观形貌、晶体结构、光电化学性能进行表征和测试。结果表明：六方相CdSe纳米颗粒均匀包覆在TiO₂纳米片表面,直径30 nm左右;随着退火温度的升高CdSe纳米颗粒长大,形成光滑的CdSe薄膜,且晶化程度提高;TiO₂纳米片表面的Se元素与Cd元素发生氧化;TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜对可见光的吸收光谱发生红移,禁带宽度逐渐减小。光电化学性能测试表明随着退火温度的升高,TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的光电流密度显著提高,开路电压减小,但由于SeO2和CdO的出现,导致填充因子减小,影响光电转换效率的提高。在本实验条件下,TiO₂/CdSe纳米片异质结薄膜的最佳退火温度为150 ℃,填充因子为0.77,光电转换效率达到3.12%。     

Cd基化合物纳米晶-有机聚合物杂化太阳能电池研究进展

有机-无机杂化太阳能电池因其结合了有机材料和无机材料各自的优势而引起了人们的广泛关注和研究. Cd基化合物纳米晶因其具有制备方法简单、尺寸及形貌可控、载流子迁移率高和稳定性好等优点而成为最早被研究的一类无机受体. 本文介绍了有机-无机杂化太阳能电池的结构及原理, 分析了影响有机-无机杂化太阳能电池效率的三个主要因素, 分别是开路电压(V_oc)、短路电流(J_sc)和填充因子(FF). 从改善Cd基化合物纳米晶的合成方法, 增加Cd基化合物纳米晶和有机聚合物间的界面接触, 以及优化Cd基化合物纳米晶和有机聚合物所用溶剂和所占比例等方面阐述了近年来Cd基化合物纳米晶-有机聚合物杂化太阳能电池的研究进展. 并展望了Cd基化合物纳米晶-有机聚合物杂化太阳能电池的发展方向.     

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。     

Photovoltaic Performance and Charge Recombination Dynamics of P3HT/PCBM Blend Heterojunction

We prepared the polymer solar cell based on poly（3-hexylthiophene）（P3HT）/fullerene derivative PCBM（PCBM=[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester） heterojunction and investigated the irradiation intensi- ty-dependent charge recombination dynamics of heterojunction employing nanosecond transient absorption spectroscopy with bias light so as to simulate the photophysical process in heterojunction when the photovoltaic device is on operation. The experimental data exhibit that the yield of free charges gradually decreases and the loss of mobile carriers originated from bimolecular recombination simultaneously increases as the irradiation intensity gradually enhances. This indicates that the polymer solar cell is much suitably used at a low irradiation intensity.     

界面钝化策略:提高钙钛矿太阳能电池的稳定性

近年来,新兴起的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池突飞猛进,在短短十年里其光电转化效率从3.8%迅速发展到目前25.2%的认证效率,被视为最具有应用潜力的新型高效率太阳能电池之一。虽然钙钛矿太阳能电池具有很高的光电转换效率已与多晶硅薄膜电池相媲美,但是电池的长期稳定性仍是阻碍其商业化的一大挑战。钙钛矿表面和晶界存在大量的缺陷,界面钝化来提高钙钛矿太阳能电池的稳定性是非常重要且有效的策略。二维钙钛矿材料是有机胺层与无机层交替的层状钙钛矿,具有体积较大的有机铵阳离子,与传统的三维钙钛矿材料相比对于环境的稳定性较好,并且结构灵活可调,在三维钙钛矿表面修饰二维钙钛矿层钝化缺陷,在提高钙钛矿太阳能电池效率的同时又保证了稳定性,另外,合适的钝化剂分子也能够非常有效地钝化缺陷。本文总结了钙钛矿太阳能电池的不稳定因素,归纳了钙钛矿太阳能电池界面钝化方面的研究进展,指出了二维钙钛矿材料发展的巨大潜力以及寻找合适钝化剂分子的原则,期望能够为获得高性能的钙钛矿太阳能电池进而实现商业化提供有益的指导。     

二氧化钛纳米晶溶胶内渗透电极对染料敏化太阳能电池的光伏性能的提高

以自制的过氧钛酸(PTA)水溶液为前驱体,用水热法制备了透明锐钛矿相二氧化钛溶胶.无需有机添加剂可得到直径小于7 nm的棒状二氧化钛纳米晶溶胶.通过将溶胶内渗透到染料敏化太阳能电池(DSSCs)的多孔二氧化钛电极后,消除了多孔电极内的大孔并改善了电极内纳米晶之间的连通性.用扫描电子显微镜(SEM)和光学轮廓仪对溶胶内渗透后的光阳极进行了表征.结果表明:小颗粒棒状二氧化钛纳米晶附着在多孔的二氧化钛表面,填充了电极由于烧结产生的大孔,并在多孔的二氧化钛内部形成了有利于电子传输的网络结构.与未经处理的多孔电极相比,改性后的光阳极组装成染料敏化太阳能电池后光电转化效率提高了64%.     

pH值对金莲花染料敏化太阳能电池性能的影响

首先从高原金莲花中提取天然染料, 通过紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和傅里叶变换红外(FTIR)吸收光谱确定其主要成分为花色苷. 调节色素溶液的pH值, 组装染料敏化太阳能电池(DSCs)并进行光电性能测试.研究发现, 随着pH值的升高, 电池的开路电压逐渐升高, 但是短路电流密度却先升高后降低. 分析认为这是由于在不同pH值下, 花色苷的结构会发生转换造成的. 在pH=5时, 该天然染料敏化太阳能电池的光电转换效率最高, 达到0.292%.     

SnO2表面卤化提高钙钛矿太阳能电池光伏性能

钙钛矿太阳能电池(PSCs)成为近几年来迅速发展的新型太阳能电池,其中将SnO₂纳米粒子层用作电子传输层(ETL)的钙钛矿太阳能电池器件得到了广泛的关注。SnO₂有着更低的制备温度,使其具备应用于柔性器件的潜力,但与钙钛矿层能级不匹配等问题限制着其发展。而在界面处加入钝化层,尤其是表面卤化的方法或可解决这一问题。本文综合研究了SnO₂表面卤化对钙钛矿太阳能电池光伏性能的影响,选用四丁基氯化铵(TBAC)、四丁基溴化铵(TBAB)和四丁基碘化铵(TBAI)三种钝化材料对SnO₂表面进行钝化处理,并对钝化材料溶液进行了浓度梯度研究。通过材料形貌、结构和光学性能表征以及电池器件性能测试分析等方法,证明了SnO₂表面卤化可提高钙钛矿层的质量和PSCs光伏性能,并从器件内部电荷传输动力学等角度解释了器件性能改善的原因。为进一步说明其性能改善的机理,采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法对材料表面性质进行了深入研究,从能量、结构、电荷密度、态密度、功函数等角度解释了表面卤化提高SnO₂/钙钛矿界面处电子传输特性的原因。实验和理论计算均表明TBAC对于SnO₂具有较好的钝化效果,并随着溶液浓度的提升钝化作用越明显。SnO₂表面卤化作用的深入研究不仅对提高电池器件性能具有实际意义,还能够帮助理解太阳能电池界面现象,为界面改性提供新的研究思路。     

Improved Photovoltaic Performance of MEH-PPV/PCBM Solar Cells via Incorporation of Si Nanocrystals

We have studied the effect of silicon nanocrystals （SiNCs） as a third component on performance of organic bulk heterojunction solar cells composed of poly[2-methoxy,5-（2＇-ethylhexyloxy）-l,4-phenylene vinylene] （MEH- PPV）：[6,6]-phenyI-C61-butyric acid methyl ester （PCBM） blend film. By adding suitable amounts of SiNCs into MEH-PPV：PCBM blend, the device performance such as external quantum efficiency, short circuit current density （Js（）, and power conversion efficiency （PCE） improved. Incorporation of 2.5% SiNCs in the blend led to 13.6% improvement of Jsc, which in turn resulted in 18% improvement of PCE up to 2.28%. The improved performance was mainly due to the improvements both in the charge generation from the interface of MEH-PPV/SiNCs and the charge collection at the cathode.