有机太阳能电池电子传输层材料研究进展

随着人类社会的不断进步和科学技术的迅猛发展,太阳能作为一种可再生能源在如今资源匮乏的年代备受关注。太阳能具有成本低廉、储量丰厚、利用简单等诸多优点,吸引了众多学者竞相研究探索。有机太阳能电池作为新一代固态薄膜电池,因其可溶液加工、卷对卷印刷和打印制备成柔性器件,向已经商业化但价格昂贵的无机硅太阳能电池发起了革命性的挑战。在现阶段,有机太阳能电池还存在稳定性相对较弱和光电转换效率相对偏低两方面的缺陷。尽管已报道的有机太阳能电池的光电转换效率已经达到16.70%,但离商业化生产还有很大距离。电子传输层在器件中发挥着重要的作用,对有机太阳能电池的光电转换效率和稳定性有重要影响。目前,应用于有机太阳能电池的电子传输层材料主要为金属氟化物、n型金属氧化物、有机小分子类、聚合物电解质类和富勒烯类等。在众多电子传输层材料中,有机类电子传输层因其结构可调、可溶液加工、便于大面积印刷等优势而备受关注。本文对有机类电子传输层材料进行了归纳总结,包含聚芴类、聚噻吩类、苝酰亚胺类、富勒烯类。通过阐述已有的研究进展,对比分析各种电子传输层材料的优劣,展望电子传输层材料的发展趋势和研究前景。

基于IDT稠环核钙钛矿电子传输层材料的构筑

以吲哚并[1,2-B:5,6-B′]二噻吩结构、2,7-二溴芴、吡啶-4-硼酸等为原料,通过Knoevenagel缩合反应以及Suzuki偶联反应设计合成了基于引达省(IDT)稠环核,桥联芴单元的钙钛矿电子传输层材料IDT-C6和IDT-C8.借助核磁共振氢谱验证两个材料中间体及目标产物结构的正确性,应用紫外-可见吸收光谱表征了目标分子的光物理性质,其中IDT-C8的最大吸收边缘位于616 nm处,IDT-C6为600 nm.IDT-C6和IDT-C8光学带隙分别为2.39 eV和2.38 eV.应用循环伏安法测得两个分子的能级排布,其中IDT-C8的LUMO能级为-3.44 eV,HOMO能级为-5.83 eV,IDT-C6的LUMO能级为-3.46 eV,HOMO能级为-5.84 eV,表明两个分子均可用于钙钛矿电子传输层的构筑.该研究为新型有机钙钛矿电子传输层材料的设计提供了新的方向.

复合钙钛矿太阳能电池电荷传输层材料研究进展

有机无机复合钙钛矿太阳能电池因具有适合的载流子扩散长度而成为备受关注的有望获得高效率的光伏器件。复合钙钛矿材料本身不含贵金属元素,可以采用液相法或物理气相法低温制备,成本低廉,但目前应用最多的电子传输层材料TiO2需400~500℃煅烧,与柔性基底及低温制备技术适应性差;空穴传输层材料SpiroOMeTAD合成工艺复杂,价格高昂,限制了复合钙钛矿太阳能电池的开发应用。开发和研究导电性好、成本低、稳定性好的电子和空穴传输层材料是复合钙钛矿太阳能电池研究中的一个非常重要的方面。综述了复合钙钛矿太阳能电池中电荷传输层材料的研究进展及发展方向。电子传输层材料方面通过对TiO2的改性以及与石墨烯的复合,采用ZnO、石墨烯或PCBM作为电子传输层材料,以与柔性基底及低温制备技术相适应。空穴传输层材料方面,采用其它低成本、导电性高的有机p型半导体替代spiro-OMeTAD;采用无机空穴传输层材料以避免有机空穴传输层材料的老化问题,提高电池的长期稳定性;利用复合钙钛矿材料兼作吸收层与空穴传输层,制备无空穴传输层材料结构电池以降低成本,提高稳定性。

银铝共掺ZnS高效电子传输层的制备与特性

从量子力学角度分析银铝共掺硫化锌可以作为高效电子传输层材料,从理论上计算出杂质原子的波尔半径,对于银铝共掺硫化锌作为高效的电子传输层的最佳厚度给出了理论参考值。利用银铝共掺硫化锌作为电子传输层,制备了结构为ITO/NPB/Alq3/ZnS∶Ag-Al(x)/PBD/Al的有机电致发光器件,分析了不同厚度的银铝共掺硫化锌电子传输层对器件发光强度的影响,并对共掺硫化锌中载流子传输机制进行了分析。实验发现共掺硫化锌具有良好的空穴阻挡和电子传输性能。当银铝共掺硫化锌电子传输层厚度为8 nm时,器件的相对发光强度和电致发光强度相对于没有电子传输层的器件分别增加了430倍和130倍,器件的阈值电压也降低了4 V。与纯硫化锌作为电子传输层器件相比,相对发光强度提高3倍。