基于聚多巴胺/氧化锌复合阴极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

利用多巴胺氧化自聚合形成聚多巴胺(PDA)与ZnO结合形成PDA/ZnO复合阴极缓冲层,制备了以P3HT:PC_(61)BM为活性层的倒置结构聚合物太阳能电池,通过改变PDA的自聚合时间来分析复合阴极缓冲层对器件性能的影响.实验发现,随着PDA的自聚合时间的增加,聚合物太阳能电池的光电转换效率先增大后减小,当自聚合时间为10 min时,相应器件光伏性能达到最优值,其开路电压V_(OC)为0.66 V,短路电流密度J_(SC)为9.70 mA/cm^2,填充因子FF为68.06%,光电转换效率PCE为4.35%.器件性能改善的原因是由于PDA/ZnO复合阴极缓冲层减小了ZnO与ITO之间的接触电阻,同时PDA中存在大量的氨基有利于倒置太阳能电池阴极对电子的收集.

基于Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

采用旋涂Al_2O_3前驱体溶液和低温退火的方法在活性层上形成Al_2O_3薄膜,并与MoO_3结合形成Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层,制备了以聚3-己基噻吩:[6.6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(P3HT:PC_(61)BM)为活性层的倒置聚合物太阳能电池,并通过改变Al_2O_3前驱体溶液的浓度来分析复合阳极缓冲层对器件性能的影响.结果发现,Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层能有效调控倒置聚合物太阳能电池的光电性能及其稳定性.当Al_2O_3前驱体溶液的浓度为0.15%时,器件光伏性能达到最优值,与MoO_3单缓冲层的器件相比,光电转换效率(PCE)由3.85%提高到4.64%;经过80天老化测试后,具有复合阳极缓冲层的器件PCE保留为初始值的76%,而单缓冲层的器件PCE已经下降到50%以下.器件性能得到改善的原因是Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层增强了倒置太阳能电池器件阳极对空穴的收集能力,同时钝化了器件活性层,从而提升了太阳能电池器件的光伏性能及其稳定性.

钙钛矿太阳能电池中无掺杂聚合物空穴传输材料研究进展

基于传统空穴传输材料(HTM)的钙钛矿太阳能电池(PSC)已经实现了超过25%的能量转换效率,然而这些HTM通常需要添加吸湿性掺杂剂来实现高迁移率和可加工性,从而降低了器件稳定性。为解决该问题,无掺杂HTM受到广泛关注。总结了近年来用于高效PSC的无掺杂聚合物HTM的结构和性能,并分析了其中的构效关系,提出了高效无掺杂聚合物HTM的结构设计原理,并展望了未来的发展趋势。

用于高性能全聚合物太阳能电池的区域规整的聚小分子受体研究进展

聚小分子受体(PSMAs)由于其既保留了稠环小分子受体(SMAs)的优点,又具有聚合物良好的成膜性能和光辐照稳定性而受到越来越多的关注。但目前大多数PSMAs是区域无规的,这不仅对PSMAs的批间重复性产生负面影响,还会扰乱了分子构型和电子结构,从而影响了分子间的π堆积,进一步导致其迁移率显著降低。近年来,研究者们通过核心工程、端基工程、连接单元调整和侧链工程等策略设计合成了许多区域规整的PSMAs,光电转换效率(PCEs)得到明显提升。本文综述了用于高性能全聚合物太阳能电池(all-PSCs)的区域规整的PSMAs的最新研究进展。未来通过核心工程、端基工程、连接单元调整和侧链工程等策略进行合理的分子结构设计,合成新的区域规整的PSMAs,搭配合适的给体材料并通过器件工艺优化可以实现更高的PCEs。

高性能有机太阳能电池宽带隙聚合物给体材料研究进展

随着光伏材料的不断革新,有机光伏(OPV)电池的能量转换效率(PCE)已经接近20%,聚合物给体材料与小分子电子受体材料的开发被认为是提升OPV电池PCE的核心。在众多给体材料中,宽带隙聚合物给体材料因出色的光电特性已占据OPV给体材料的主导地位。为了进一步提高OPV的光伏效率,总结并梳理宽带隙聚合物给体材料的分子结构与其光电特性的关联是必要的。首先,本文总结了聚合物给体材料的光学带隙和分子能级的调控方法;其次,探讨并总结了聚合物溶液聚集效应的调控方法以及与光活性层形貌的关联;再次,强调了降低OPV电池的能量损耗重要性,并讨论了降低其能量损耗的方法;再次,针对当前优秀的宽带隙聚合物给体进行总结;最后,讨论了基于宽带隙聚合物给体的非富勒烯OPV电池商业化实现的机遇和挑战。

太阳能电池用聚合物给体共轭新材料制备及性能研究

针对传统太阳能电池聚合物给体共轭材料只溶于有机溶剂,造成环境污染的问题,提出一种新型绿色溶剂聚合物给体(PT-9/1)的制备,并分别对绿色溶剂聚合物给体和其制备的太阳能电池性能进行研究。试验结果表明,该聚合物给体材料热分解温度超过300℃,在卤素溶剂和非卤溶剂中均具有优异的室温加工性能。制备成太阳能电池活性层器件后,通过绿色溶剂1,2,4-三甲苯(TMB)与1-苯基萘(PN)室温处理加工后,聚合物给体与受体间存在良好的光激发电子转移关系,器件效率达到了富勒烯体系有机太阳能电池报道最高值9.11%;是高性能非卤溶剂加工有机太阳能电池的理想候选材料。

基于磷酸酯基的醇溶性六芴基苯的合成及其在倒置聚合物太阳能电池中的应用

本文报道了两个基于六芴基苯为中心核的星型分子Tp0和Tp1.将磷酸酯基团引入芴的侧链,保证了分子的醇溶性,同时由于磷酸酯极性基团形成界面偶极矩,极大地降低了ITO电极的功函数.将Tp0和Tp1分子应用于倒置聚合物太阳能器件,与无界面材料的器件相比提升了开路电压(V_(oc))和填充因子(FF),基于Tp0和Tp1为界面材料的器件分别实现了5.30%和5.12%的光电转换效率.

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。

退火处理提高P3HT:PCBM聚合物太阳能电池光伏性能

利用旋转涂膜方法制备了以P3HT:PCBM为有源层的聚合物太阳能电池,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al(氧化铟锡导电玻璃/聚二氧乙基噻吩:聚对苯乙烯磺酸/聚三已基噻酚:富勒烯衍生物/铝),研究了退火温度对聚合物太阳能电池性能的影响.实验发现:聚合物薄膜经过120°C退火10min处理后,开路电压(Voc)达到0.64V,短路电流密度(Jsc)为10.25mA·cm-2,填充因子(FF)38.1%,光电转换效率(PCE)达到2.00%.为了讨论其内在机制,对不同退火条件下聚合物薄膜进行了各种表征.从紫外-可见吸收光谱中发现,退火处理使P3HT在可见光范围内吸收加强且吸收峰展宽,特别是在560和610nm处的吸收强度明显增大;X射线衍射(XRD)结果表明,120°C退火后P3HT在(100)晶面上的衍射强度是未退火薄膜的2.8倍,有利于光生载流子的输运;原子力显微镜(AFM)研究结果表明,退火显著增大了P3HT与PCBM的相分离程度,提高了激子解离的几率;傅里叶变换红外(FTIR)光谱验证了退火并没有引起聚合物材料物性的变化.

聚合物太阳能电池材料的研究进展

有机光伏技术为太阳能的有效利用提供了一条重要途径。有机太阳能电池因制造成本低廉、材料质量轻、加工性能好、易于携带等优势而备受关注。提高有机太阳能电池的光电转换效率是目前乃至未来的研究重点。设计和合成适合的窄带隙的共轭聚合物是提高有机太阳能电池光电转化效率的核心。综述了近年来基于窄带隙的共轭聚合物的太阳能电池材料的设计、制备和器件性能研究进展,探讨了目前存在的亟待解决的关键基础问题和未来发展方向。

溶液加工条件对聚合物体相异质结太阳能电池性能的影响

由于有机太阳能电池具有成本低、易加工、可以制作在柔性衬底上等优点备受人们关注。文中采用了溶液旋涂的加工方法,研究了基于聚3-乙基噻吩(P3HT)与富勒烯衍生物(PCBM)共混的有机聚合物体相异质结太阳能电池。在大气条件下完成了器件的制备与测试,通过旋涂条件、质量分数、退火条件等优化提升了器件的光电特性,获得开路电压(Voc)为0.62V,短路电流密度(Jsc)为14.97mA/cm2,填充因子(FF)为42.21%,电池效率(PCE)为3.92%的高效聚合物体相异质结太阳能电池。因此,通过对溶液加工条件的优化,可以提高薄膜质量,促进载流子传输和分离的能力。不仅可以提升有机聚合物体相异质结太阳能电池的效率,也为推进有机太阳能电池的量产化奠定了基础。

以C_(70)衍生物为电子受体的高效聚合物固体薄膜太阳能电池

以PC[70]BM(phenyl C71-butyric acid methyl ester)取代PC[60]BM(phenyl C61-butyric acid methyl ester)作为电子受体材料,以MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2′-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene])为电子给体材料,制成了本体异质结(bulk heterojunction,BHJ)聚合物太阳能电池.MEH-PPV/PC[70]BM器件在AM1.5G(80 mW/cm2)模拟太阳光的光照条件下得到了3.42%的能量转换效率,短路电流值达到了6.07 mA/cm2,开路电压0.85 V,填充因子为53%.通过紫外可见吸收光谱和外量子效率的研究,发现PC[70]BM作为电子受体,对扩大光谱的吸收范围和增加活性层的吸收系数有明显的作用.同时比较了不同溶剂对该体系器件性能的影响.通过原子力显微镜(AFM)、光暗导I-V曲线等研究,分析了1,2-二氯苯有利于给体相和受体相的微相分离和载流子的传输的原因.

富勒烯稠合体与共轭聚合物作为有机太阳能电池材料的研究进展

介绍了有关富勒烯与共轭聚合物超快光诱导电子的研究状况和三种不同光敏层材料制备的太阳能电池的组装和性能 ,包括 :( 1)以共轭聚合物 /C60 或C60 衍生物的主体异介质为光敏层 ,( 2 )分子水平上的主体异介质 :D A双功能聚合物 ,( 3 )单纯以富勒烯稠合体为光敏层 。

器件结构对聚合物太阳能电池内部光电强分布的影响

针对以电子给体聚(3-己基噻吩)(P3HT)和电子受体6,6-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)共混薄膜为活性层的本体异质结聚合物太阳能电池,根据光学干涉效应和转移矩阵方法建立了非相干光吸收理论模型,研究了电极修饰层、活性层和阴极的厚度对电池内部光电场分布和活性层内部光电场强度的影响.结果表明:各功能层厚度对电池内部光电场分布和活性层光电场强度具有不同程度的影响,其中活性层和电极修饰层厚度的影响较大,而阴极厚度的影响较小;引入合适厚度的电极修饰层有利于增加活性层内部的光电场强度,提高太阳能电池的能量转换效率,改善器件的光伏性能.

聚合物太阳能电池材料的研究进展

综述了近年来聚合物太阳能电池的研究进展,对电子给体与电子受体两大类聚合物光伏材料进行了详细的描述,并阐述了进一步发展的重点、趋势及前景。

P3HT∶PCBM薄膜成膜过程对聚合物太阳能电池性能的影响

P3HT：PCBM薄膜的快速和缓慢成膜过程能显著的改变异质结聚合物太刚能电池性能。通过调节旋转时间以及薄膜退火前的间隔时间，研究了P3HT：PCBM混合薄膜缓慢生长所需最佳时间。结果表明，在转速800r·min^-1下旋涂薄膜，经过50-80s的旋涂，接着放置样品薄膜30min以上，然后再对薄膜进行退火处理，电池效率可以达到3％以上，而快速成膜的电池效率只有1．8％左右。合理的P3HT和PCBM相分离促进了相应载流子的跳跃和传输，是提高电池效率的根本原闪。研究结果为准确掌控缓慢生长的混合薄膜提供了时间窗口。

导电聚合物在纳米太阳能电池中的应用研究

导电聚合物以其特殊的性质及种种优点而越来越广泛地应用于光电化学太阳能电池,文中主要介绍了导电聚合物作为全固态太阳能电池的电解质以及作为纳米光电化学太阳能电池敏化剂的应用研究。

染料敏化太阳能电池用琼脂糖基磁性聚合物电解质的电化学性能

以琼脂糖为聚合物基质,N-甲基吡咯烷酮为溶剂,磁性纳米粒子四氧化三铁为无机纳米颗粒添加剂制备了用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的磁性聚合物电解质.通过研究不同小分子表面活性剂,聚乙二醇(PEG200)、曲拉通(TritonX-100)、乙酰丙酮和三者混合的表面活性剂对掺杂有1%(w)Fe3O4的磁性聚合物电解质离子电导率的影响,发现PEG200的加入可有效提高琼脂糖基磁性聚合物电解质的离子电导率.同时,对不同PEG200浓度添加下的电解质进行离子电导率测试研究发现:当PEG200加入量为61.8%(w)时,电解质具有最佳的离子电导率(2.88×10-3S·cm-1);对染料敏化太阳能电池进行电化学交流阻抗谱(EIS)测试的结果表明:染料敏化太阳能电池的电子寿命和复合电阻随着PEG200浓度的增加是先增大后减小,最大的电子寿命和复合电阻出现在PEG200浓度为68.3%(w)处.

聚合物太阳能电池材料研究进展

本文介绍了几种常见的聚合物太阳电池材料。综述了聚合物太阳电池材料的合成、发展历史和现状 ,对其应用前景进行了展望。参考文献 5 9篇。

利用溶剂DMF处理聚合物太阳能电池的PEDOT:PSS阳极缓冲层提高能量转换效率

通过有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)处理P3HT:PCBM聚合物太阳能电池的PEDOT:PSS阳极缓冲层,能量转换效率得到了很大程度提高.DMF处理PEDOT:PSS阳极缓冲层主要有以下两种方式:①DMF 1∶4(v/v)混合原始的PEDOT:PSS溶液;②直接旋涂DMF在PEDOT:PSS阳极缓冲层上.其中后者的效果最为显著,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al的电池通过直接旋涂DMF(3 000rpm)处理PEDOT:PSS阳极缓冲层后,电池效率由3.16%提高到4.27%,提高幅度为35%.为了探究电池能量转换效率提高的机理,我们测试表征了电池在光照和暗态下的I-V特性曲线及外量子效率(IPCE)光谱,PEDOT:PSS薄膜的透光性、导电性及表面形貌,光活性层P3HT:PCBM的紫外可见光吸收及表面形貌.一系列结果表明PEDOT:PSS薄膜的导电性增强及表面形貌变化有利于空穴的抽取和收集,P3HT:PCBM薄膜的表面形貌变化有利于活性层光吸收的增强和电子的收集.