共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池

全聚合物太阳电池(all-PSCs)由p-型共轭聚合物给体和n-型共轭聚合物受体共混活性层夹在ITO透明电极和金属顶电极之间所构成,除具有一般有机太阳电池器件结构简单、质量轻、可以制备成柔性和半透明器件等优点外,还具有形貌和光照稳定性好及抗弯折性能高等突出特点,最近成为有机太阳电池领域的研究热点。给体和受体光伏材料的吸收互补和能级匹配是获得高效all-PSC的关键。本文将介绍n-型共轭聚合物受体光伏材料的发展历史,重点介绍最近发展的窄带隙小分子受体高分子化的聚合物受体光伏材料,基于这类聚合物受体光伏材料的全聚合物太阳电池的能量转换效率已经超过了15%。最后对共轭聚合物受体光伏材料和全聚合物太阳电池下一步的研究方向和研究重点进行了展望。

添加剂和溶剂退火协同优化制备高性能厚膜有机太阳能电池

通过溶剂添加剂1-氯萘(CN)和二硫化碳(CS_2)溶剂退火(SVA)协同优化了基于窄带隙小分子受体的厚膜活性层形貌,揭示了该策略对共混膜形貌的调控机理,研究了其对活性层中的载流子动力学以及器件光伏性能的影响.结果表明,CN添加剂可以有效促进受体材料结晶聚集,CS_2溶剂退火能够进一步提升活性层材料分子堆积的有序性,同时优化给受体材料相分离尺寸,降低共混膜表面的粗糙度,实现了良好的纳米尺寸相分离形貌.基于CN+SVA处理的PM6∶Y6厚膜(300 nm)器件的电荷传输和复合性质得到改善,取得了15.23%的光电转换效率(PCE),显著高于未经处理(PCE=11.75%)和仅用CN处理(PCE=13.48%)的光伏器件.该策略具有良好的适用性,将基于PTQ10∶m-BTP-PhC6器件的光伏性能从13.22%提升至16.92%.

阴极界面修饰层改善平面p-i-n型钙钛矿太阳能电池的光伏性能

有机/无机杂化金属卤化物钙钛矿半导体材料结合了有机材料良好的溶液可加工性以及无机材料优越的光电特性,近几年受到了热捧,成为太阳能电池领域一颗耀眼的明星.伴随着钙钛矿薄膜结晶过程和形貌的优化、器件结构的改进以及电极界面材料的开发,这类有机/无机杂化金属卤化物钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8%迅速提高到目前最高的22.1%.其中界面工程在提升器件性能上发挥着极其重要的作用.本文总结了平面p-i-n型钙钛矿太阳能电池中阴极界面修饰层(CBL)的研究进展.CBL从材料上讲可分为无机金属氧化物、金属或金属盐以及有机材料,从构成上讲可分为单层CBL、双层CBLs以及共混型CBL.本文对这些类型的CBL分别给予详细的介绍.最后,我们归纳出CBL在改善器件效率和稳定性上所起的作用以及理想CBL所应满足的要求,希望能为以后阴极界面修饰材料的设计提供一定的借鉴.

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%。

左旋多巴和N,N-二甲基亚砜共掺杂PEDOT:PSS作为空穴传输层的高性能p-i-n型钙钛矿太阳能电池

在p-i-n型的钙钛矿太阳能电池中,聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为最常用的空穴传输层(HTL)材料之一,由于其存在着吸湿性强以及能级与钙钛矿层不匹配等缺点,限制了它的应用。基于此,本文拟采用将左旋多巴(DOPA)和N,N-二甲基亚砜(DMSO)共同掺杂于PEDOT:PSS作为HTL的简单方法制备高性能p-i-n型钙钛矿太阳能电池。研究结果表明,DOPA和DMSO共掺杂PEDOT:PSS可以有效的调节HTL的能级并提高其导电性,器件的能量转化效率由13.35%显著提高到了17.54%。进一步研究发现,相比于未掺杂或单一掺杂的PEDOT:PSS,在DOPA和DMSO共掺杂的PEDOT:PSS上更有利于生长大尺寸、高结晶度的钙钛矿晶体;同时稳态/瞬态荧光和交流阻抗测试表明器件的内部载流子分离和传输更加有效。

焦糖色基高亮蓝色荧光碳点的制备及防伪应用

采用微波法快速合成了一种具有高亮蓝色荧光的碳点(J-CDs),并应用于荧光防伪。以焦糖色为碳源,硫酸为氧化剂,微波加热50 s,制备得到荧光量子产率达43.2%的J-CDs。J-CDs最佳激发和发射波长分别为359 nm和441 nm。将J-CDs作为荧光油墨,成功应用于纸基材料的荧光防伪和信息加密。

聚合物太阳能电池阴极修饰层研究进展

聚合物太阳能电池以其质量轻、成本低、制备工艺简单等优点成为清洁能源利用的研究热点.近年来聚合物太阳能电池光电转换效率逐步提高,单结聚合物太阳能电池的光电转换效率已超过11%,其中器件的界面修饰层成为影响器件光伏性能的重要因素.本文总结了聚合物太阳能电池阴极修饰层的研究进展,分别从无机材料和有机材料两方面介绍了常用的阴极修饰层材料.无机材料包括金属氧化物、金属和金属化合物等,有机材料包括聚合物、富勒烯衍生物以及n-型有机半导体材料等.本文还从阴极修饰层的电学特性、光学特性、能级位置、表面形貌、界面接触等方面讨论了其对聚合物太阳能电池光伏性能的影响,展望了聚合物太阳能电池的发展前景.

共轭聚合物和共轭有机分子电子能级的测量

近年来,有机发光二极管(OLED)和有机太阳电池(OSC)等有机光电器件步入快速发展阶段,受到广泛关注.而有机半导体的电子能级(HOMO和LUMO能级)与电极功函数的匹配对其光电性能至关重要,它决定着OLED电极电荷注入的能垒和OSC电极电荷收集的能垒.另外,OSC中给体材料和受体材料电子能级的匹配对其光伏性能也非常重要.因而,准确测量有机半导体光电材料的电子能级非常重要.本文将介绍测量有机半导体电子能级常用的紫外光电子能谱和电化学方法,从测量原理、样品制备、测量注意事项等方面详细介绍了有机半导体电子能级的测量与计算.我们给出了几个共轭聚合物和共轭有机小分子等有机半导体电子能级测量的实例,并列举了部分典型有机半导体材料已报道的电子能级数据以供读者参考.

基于微纳银透明电极的柔性有机太阳能电池研究进展

高性能的柔性透明电极是实现高效柔性有机太阳能电池的关键因素之一.以银为代表的微纳金属透明电极,如网格银以及银纳米线等,具有高导电性、高透光性、优异的耐机械弯曲性以及低成本等特点,是柔性有机太阳能电池中常用的透明电极材料.在近10年的研究中,基于微纳银透明电极的柔性有机太阳能电池实现了光电转换效率的不断突破.本文首先介绍了网格银与银纳米线的几种不同的制备方法;接着对银纳米线薄膜导电性的优化方法进行了总结,并综述了基于微纳银透明电极的柔性有机太阳能电池的研究进展;最后对基于微纳银透明电极的高效柔性有机太阳能电池的后续研究所面临的挑战进行了展望.