高性能水系锌基杂化电池的构筑及性能研究

水系锌离子电池由于其来源丰富、安全性高、高能量密度和双电子转移等诸多优势,受到研究者的广泛关注。本文通过使用KVPO4F(KVPF)作为锌基双离子杂化电池的正极材料,研究其在不同浓度水系电解液中的性能表现,最终选择出最优浓度的杂化电解液(3 M+0.2 M),并获得了约1.66V的还原峰对应电压,放电比容量最高达90mAh∙g-1,库伦效率稳定在96%以上。

基于硅纳米线的PEDOT:PSS/Si杂化太阳电池结构优化及实验研究

硅纳米线(silicon nanowires,SiNWs)越长,光学性能越好,但这会使太阳电池的电学性能损失越来越大。采用模拟和实验的方法,对PEDOT:PSS/Si杂化太阳电池的SiNWs进行优化,重点研究了SiNWs长度造成的表面复合速率和串联电阻对太阳电池性能的影响。结果表明,随着SiNWs长度的增加,表面复合主要影响开路电压,对太阳电池的性能影响较大;串联电阻主要影响填充因子,对太阳电池的性能影响较小。实验证明,当SiNWs长度为246nm左右时,PEDOT:PSS/Si杂化太阳电池的转换效率最高,为12.88%。研究结果可为含SiNWs的硅基太阳电池的设计提供指导。

电沉积ZnO纳米棒阵列及共形结构杂化太阳能电池

采用电沉积法制备出ZnO致密纳米颗粒膜和不同尺寸的纳米棒阵列。通过在ZnO上旋涂P型聚合物聚3-己基噻酚（P3HT）与n型富勒烯衍生物[6，6]-苯基-C61丁酸甲酯（PCBM）的混合物，并蒸镀金属Ag，制备出不同结构的杂化太阳能电池。通过扫描电镜、X射线衍射、光致发光和模拟太阳光光电性能测试，对ZnO的生长条件、晶体形貌及缺陷与太阳能电池性能之间的关系进行了系统研究。结果表明,ZnO的形貌和晶体缺陷的分布对杂化太阳能电池有重要影响．避免共混聚合物与ZnO缺陷聚集区的直接接触可有效消除电流泄漏。在电池结构方面．与ZnO纳米阵列块状结构杂化太阳能电池相比，共形结构的杂化太阳能电池可有效缩短空穴到金属电极的传输距离．增大聚合物与金属电极的接触面积．光电转换效率可提升64％-101％。

杂化太阳电池中异质结界面的修饰及其对电池光电性能的影响

有机-无机杂化太阳电池综合了有机、无机材料的优点,成本低、理论效率高,受到人们的广泛关注.杂化太阳电池的光活性层由无机半导体和有机共轭聚合物复合而成.当光照射到活性层上时,共轭聚合物吸收光子产生激子(电子-空穴对);激子迁移到有机给体-无机受体的异质结界面处发生解离而产生自由电子和空穴;自由电子和空穴分别向无机半导体和有机聚合物传输,从而实现电荷的分离和传导.激子在有机-无机异质结界面处的分离效率是影响电池性能的一个重要因素.有机、无机两相材料往往因为接触面积小以及相容性差使此两相材料接触不佳,激子迁移到此界面不能有效分离,从而严重影响了杂化太阳电池的效率.这个问题可以通过此界面的修饰加以改善.本文即综述了有机-无机异质结界面修饰的方法、作用和意义,并展望了杂化太阳电池未来的发展趋势和应用前景.

有机无机杂化太阳能电池的研究进展

概括介绍了有机无机杂化太阳能电池的结构、原理及制备方法,从无机材料的具体形态和有机材料种类的选择入手阐述其对电池整体转化效率的影响,探索了其他方法完善杂化电池性能的研究进展,指出了改进有机无机杂化太阳能电池性能的相关途径。

异质结表/界面修饰对杂化太阳电池性能的优化

为了增进无机半导体和有机聚合物半导体之间的相容性,优化电池的光电性能,基于一维无机TiO2纳米棒有序阵列和有机聚合物PCPDTBT,构建了一种结构为TiO2/PCPDTBT的杂化太阳电池。用一种有机三苯胺类两亲分子来调控此无机、有机材料的两相表/界面性质。采用SEM,TEM,XRD,EDS,UV-vis,PL等方法对杂化膜电极进行表征。电池性能测试表明,表/界面修饰后太阳电池的性能得到提高,电池效率η为0.81%;开路电压衰减测试表明,异质结表/界面经修饰后,杂化太阳电池的电子寿命有所提高。因此,通过异质结表/界面修饰改善活性层的形貌结构对电池性能有重要影响。

Zn/ZnO纳米线电极的制备及其在柔性杂化太阳电池中的应用

低温下,采用水热法,在金属Zn片上制备了Zn/ZnO纳米线电极。扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析结果表明,该ZnO为垂直于基底生长的纳米线结构,并由X射线衍射(XRD)分析得到进一步确认;在该Zn/ZnO电极上旋涂聚3-已基噻吩(P3HT)得到Zn/ZnO/P3HT杂化电极,紫外可见吸收光谱(UV-vis)表明P3HT的存在拓宽了电极的光响应范围;对Zn/P3HT和Zn/ZnO/P3HT电极进行荧光光谱(PL)测试,发现ZnO/P3HT杂化膜的荧光发射强度降低,说明光生激子在复合前即在ZnO/P3HT异质结界面处发生分离。在此基础上,制作了结构为Zn/ZnO/P3HT/PEDOT:PSS/ITO的柔性杂化太阳电池,于模拟太阳光(100mW/cm2)照射下测试该电池的光电性能:电池的开路电压Voc为334mV,短路电流密度Jsc为1.72mA/cm2,填充因子FF为0.39,光电转换效率η为0.22%。

有机无机杂化太阳能电池研究进展

简要介绍了有机无机杂化太阳能电池的结构及原理,以及激子的产生、分离及电荷的传输过程,综述了基于Cd基化合物纳米晶的杂化电池、Pb基化合物纳米晶的杂化电池以及其它半导体纳米晶的杂化电池的研究进展,并指出它们的优缺点和改进有机无机杂化电池性能的研究方向。

CdS_xSe_(1-x)包覆TiO_2纳米棒壳核结构的制备及其在杂化太阳电池的应用

采用水热法在掺氟的SnO2透明导电玻璃(FTO)基底上制备了金红石型的TiO2纳米棒阵列;然后采用电化学方法在TiO2纳米棒阵列上沉积不同厚度的CdSxSe1-x纳米晶,形成了CdSxSe1-x纳米晶包覆TiO2纳米棒的CdSxSe1-x/TiO2壳核结构;利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等对其形貌、结构组成等进行了分析和表征,结合循环伏安法及其吸收光谱确定了CdSxSe1-x纳米晶的能级位置。最后以P3HT/CdSxSe1-x/TiO2复合薄膜材料为光活性层组装成固态纳米结构杂化太阳电池,研究了CdSxSe1-x壳层厚度对该电池光电转换性能的影响,结果表明转换效率最高可达到0.68%。

CdTe包覆TiO_2纳米棒壳核结构有序阵列与P3HT杂化太阳电池研究

采用水热法在含氟二氧化锡导电玻璃(FTO)上制备了有序的金红石型TiO2纳米棒阵列,在TiO2纳米棒阵列上电沉积CdTe纳米晶构成了CdTe包覆TiO2壳核式纳米棒阵列(CdTe/TiO2),然后将聚3-己基噻吩(P3HT)的氯苯溶液旋涂到CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列上构成P3HT包覆CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列的复合结构(P3HT/CdTe/TiO2),在P3HT/CdTe/TiO2壳核式纳米棒阵列复合结构上使用离子溅射法喷镀Au膜构制Au-P3HT/CdTe/TiO2结构的杂化太阳电池,实验测得以Au-P3HT/CdTe/TiO2结构组装的杂化太阳电池的能量转换效率为0.91%。

磁控溅射TiO_2纳米管阵列与其组装的杂化太阳能电池

采用直流磁控溅射-热处理二步法在多孔阳极氧化铝模板上制备出TiO2纳米管阵列膜。将纳米管阵列膜转移到ITO导电玻璃,并分别与P3HT和P3HT∶PCBM组装成杂化太阳能电池。通过扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪和模拟太阳光光电性能测试系统化对TiO2纳米管阵列膜和其组装的太阳能电池进行了分析表征。在纳米管阵列膜和ITO玻璃之间加入TiO2结合层的P3HT∶PCBM基杂化太阳能电池表现出最好的转换效率。该方法制备的大面积TiO2纳米管阵列膜,纯度高、工艺稳定,在未来的聚合物太阳能电池商业化应用中具有巨大潜力。

Sb2S3纳米粒子敏化TiO2分枝纳米棒阵列杂化太阳电池的研究

采用两步水热法在导电玻璃(FTO)上制备TiO2分枝纳米棒(B-NR)阵列。利用低温化学浴沉积法(CBD)在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P3HT和Spiro-OMeTAD组装成TiO2(B-NRA)/Sb2S3/P3HT/Spiro-OMeTAD为光活性层的杂化太阳电池。通过对杂化太阳电池的光电性能测试,结果表明,TiO2分枝纳米棒阵列具有高的吸光强度,较大的比表面积和多级电荷传输通道,由TiO2(B-NRA)/Sb2S3/P3HT/Spiro-OMeTAD复合膜结构组装的杂化太阳电池的能量转换效率(PCE)是4.67%。

Sb_2S_3对枝状TiO_2阵列的修饰及其在杂化太阳电池中的应用

为了提供多条电子传输通道,增加窄禁带半导体和有机半导体的负载量,采用一步水热法,在FTO基底上制备了由纳米管和纳米线组装而成的枝状TiO_2;通过化学浴沉积法,在枝状TiO_2上成功地制备了窄禁带半导体Sb_2S_3;利用SEM,XRD,紫外-可见吸收光谱,瞬态光电流,稳态荧光光谱及J-V曲线等手段,对样品形貌、晶型、吸光性能和光电性能进行了表征和测试,探究Sb_2S_3沉积时间对电池效率的影响。结果表明:稀疏的枝状TiO_2阵列垂直于FTO导电玻璃生长,为电荷传输提供了有利条件;Sb_2S_3的加入,加强了电极材料对可见光的吸收,提高了光电流强度及荧光猝灭强度,有利于光生载流子的产生和转移;由枝状TiO_2/Sb_2S_3(3h)/P3HT/PEDOT∶PSS/Au构成的杂化太阳电池的能量转换效率达到了1.10%,是未沉积Sb_2S_3的杂化太阳电池能量转换效率的10倍。在多级结构TiO_2上沉积Sb_2S_3,有利于提高电极材料对可见光的吸收,加强光生载流子的传输能力,拓宽光谱响应范围,提高光电性能,对于解决单纯TiO_2电极吸收强度较弱和光谱响应范围较窄等问题具有重要意义。

P3HT和Spiro-OMeTAD共混物为光活性层和空穴传输层的杂化太阳电池

将P3HT与Spiro-OMeTAD共混后的混合物作为光活性层和空穴传输层,将其旋涂在由不同锑源和硫源比例(Sb/S)制备的Sb_(2)S_(3)纳米粒子敏化的TiO_(2)纳米棒(TiO_(2)(NR)/Sb_(2)S_(3))复合膜上,制备成杂化太阳电池。对所得杂化太阳电池的微观结构和光电转换特性进行研究,在锑源和硫源比例(Sb/S)为1/1,P3HT与Spiro-OMeTAD共混物比例为15 mg∶1 mL时得到的结构为FTO/TiO_(2)(NR)/Sb_(2)S_(3)(1∶1)/P3HT:Spiro-OMeTAD(15 mg∶1 mL)/Ag的杂化太阳电池的能量转换效率达到4.57%。

ZnO纳米结构/聚合物杂化太阳能电池的研究进展

在介绍电池基本理论和共混结构、取向结构不同特点的基础上,综述了近年来这两种不同结构纳米ZnO/聚合物杂化太阳能电池的最新研究进展。分析表明目前电池效率较低与光吸收效率较低、光谱吸收范围较窄、载流子迁移率不均衡、界面相容性较差等问题有关。

基于ZnO材料的有机-无机杂化太阳电池的光伏性能优化

有机-无机杂化太阳电池是一种由提供电子的有机聚合物和接受电子的无机半导体构成的新型电池,常用的无机半导体材料有纳米氧化锌(ZnO)、二氧化钛(TiO2)、硫化镉(CdS)等。杂化太阳电池在研究过程中存在一些问题,如电池中电子传输效率差、太阳能利用率低、无机半导体和有机聚合物之间化学不兼容以及由此导致的光电转换效率低等。围绕这些问题,针对以ZnO半导体材料为电子受体的太阳电池,从电子受体材料形貌、电子给体材料种类以及添加不同修饰层等方面论述了电池光伏性能的优化方法,对该电池的未来发展趋势进行了展望。电池性能的优化,为低成本、高效率应用该类杂化太阳电池带来了希望。

电泳法制备TiO_2纳米阵列及其杂化太阳电池

采用溶胶-凝胶电泳法,以在氧化铟锡(ITO)导电玻璃基底上的多孔阳极Al2O3膜为模板,通过改变TiO2前驱体溶胶的陈化时间,制得TiO2纳米棒与纳米管阵列。通过扫描电镜、X射线衍射仪和电沉积I-t曲线对纳米棒和纳米管阵列进行了分析,阐述了纳米棒和纳米管的生长机理,解释了纳米棒和纳米管之间的转变是纳米结构生长速度与带电胶体粒子迁移速度相互竞争的结果。利用TiO2纳米棒和纳米管阵列与聚3-己基噻吩(P3HT)组装成杂化太阳电池,发现纳米阵列结构太阳电池相比其他结构的太阳电池效率更高;而纳米管阵列太阳电池比纳米棒阵列太阳电池性能更优,这得益于其更大的比表面积,可以承载更多的聚合物,并提供更大的分离界面。

P3HT和Spiro-OMeTAD共混物作为光活性层的杂化太阳电池性能

为降低电荷复合率,提高杂化太阳电池的性能,将P3HT与Spiro-OMeTAD共混后的混合物作为光活性层和空穴传输层,旋涂在Sb 2S 3纳米粒子敏化的TiO 2纳米棒(TiO 2NR/Sb 2S 3)复合膜上,制备成杂化太阳电池。通过SEM、紫外可见吸收光谱、XRD、电化学阻抗图谱、稳态荧光光谱、J-V曲线等手段,对杂化太阳电池的微观结构、光电转换特性进行了表征和测试。结果表明:P3HT与Spiro-OMeTAD共混物比例为15 mg/1 mL时,得到结构为FTO/TiO 2NR/Sb 2S 3/P3HT:Spiro-OMeTAD/Ag杂化太阳电池的电荷负荷率低,电子生命长,能量转换效率达到了4.57%。所制备的杂化太阳电池性能优良,具有良好的应用前景。

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(Voc)、短路电流(Jsc)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.

染料分子修饰的二氧化钛纳米棒阵列对其杂化太阳电池性能的影响

采用水热法合成TiO2纳米棒阵列,将双亲性染料有机分子N719通过溶剂热反应方法对TiO2纳米棒表面进行修饰,并与共轭聚合物MEH-PPV匹配制备成杂化太阳电池.研究结果表明,经过N719改性的TiO2阵列,其MEH-PPV/TiO2杂化太阳电池的性能得到了提高.在一个标准太阳光(AM1.5)下,电池短路电流密度Jsc从3.53mA/cm2增加到6.73mA/cm2,电池的转化效率从0.47%提高到0.80%.经荧光光谱和外量子效率测试表明,染料分子的修饰可以改善TiO2与聚合物之间的相容性,从而达到提高聚合物/TiO2界面电荷分离效率和光电流的效果.