富勒烯吡咯烷衍生物的合成及其在反式钙钛矿太阳能电池中的应用

[目的]由于目前在反式钙钛矿太阳能电池中使用最广泛的富勒烯基电子传输材料[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)存在合成复杂、成本高的问题,因此开发低成本、可溶液处理的新型富勒烯电子传输材料具有非常重要的意义.[方法]采用Prato反应一步合成两种低成本的新型富勒烯吡咯烷衍生物F1和F2,并将其作为电子传输材料应用于反式钙钛矿太阳能电池.通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法研究了这两种富勒烯分子的能级,并研究了由这两种富勒烯吡咯烷衍生物作为电子传输层的反式钙钛矿太阳能电池的光伏性能.[结果]含有苯甲酸酯侧链的F2比含有烷基酸酯侧链的F1具有更高的电子迁移率,因此对应的器件获得了更高的填充因子和光电转换效率.最终,以F2作为电子传输层的反式钙钛矿太阳能电池获得了最高19.86%的光电转换效率,这一结果与同等实验条件下制备的基于PCBM的对照器件的效率基本一致.[结论]本研究采用Prato反应一步合成了两种富勒烯吡咯烷衍生物,并发现侧链对其光伏性能有重大影响.该项工作对于开发兼具高效率和低成本的可溶液处理的富勒烯基电子传输材料的设计具有一定的参考价值.     

一个飞速发展的领域:非富勒烯有机太阳能电池受体材料

有机太阳能电池作为解决能源问题的重要手段之一,2006年以来得到了深入的研究.其电子受体材料较多地局限在富勒烯及其衍生物领域,由于其光谱吸收窄、溶解性差、成本高、生产过程中环境不友好等问题,迫使科学家们寻找新的受体材料.近年来,非富勒烯电子受体材料吸引了科学家们的关注.非富勒烯受体材料的光谱吸收宽,溶解性好,结构可控,易加工等特点决定了其在有机太阳能电池领域有广泛的应用.综述了2011年以来非富勒烯有机太阳能电池受体材料领域的进展,并对其将来的发展进行了展望.     

富勒烯科学的若干研究进展

富勒烯的三维空间构型和众多的双键为富勒烯科学的发展提供了广阔的空间，内嵌富勒烯则可以通过控制笼内包合的原子来调节富勒烯的电子结构和还原性质。目前，富勒烯的研究主要集中在富勒烯和金属富勒烯基新型功能材料的合成表征以及应用，其中以设计新的富勒烯／金属富勒烯材料用于化学传感器、太阳能电池及其它器件为主要研究焦点。旨在对目前富勒烯科学的发展与应用研究作一综述介绍。     

提高聚合物光伏电池性能有新法

中国科学院长春应用化学研究所杨小牛课题组获得提高聚合物光伏电池性能新方法。导电聚合物／富勒烯的体相复合薄膜是一种具有优秀光伏特性的功能薄膜,有望在下一代太阳能电池领域得到应用。杨小牛等成功地找到了溶解C60的方法．并成功制备到均匀的复合薄膜作为P3HT／C60体系的光敏层,然后通过优化热退火处理工艺使复合薄膜的形态获得优化,器件转换效率从0．32％提高到1．73％。     

未来的能源之星:PTB 与 PCBM

本期十大化学热点论文的关注点继续聚焦碳烯形式的碳化学研究.而论文#5作为新生力量则以聚合物半导体的形式展开对碳化学的研究.这其实涉及到用于太阳能电池有机光伏材料的必要化学知识.光伏材料需要电子供体聚合物与电子受体富勒烯化合物.聚3-己基噻吩适于作电子供体聚合物,与C61富勒烯化合物衍生物搭配可将能量转化效率提高到5％.     

锌卟啉-富勒烯配合物的光谱和光伏性质研究

采用光谱法研究了不同电子取代基的锌卟啉-富勒烯配合物[ZnP-C60和（p-OCH3） ZnP-C60]的光谱性质.结果表明,与ZnP-C60相比,含甲氧基修饰的锌卟啉-富勒烯（p-OCH3）ZnP-C60的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱发射谱带均发生红移.以氙灯作光源,利用三电极光化学电池系统研究了两者在O2/H2O、I2/I3-、Fe（CN）63-/Fe（CN）64-和BQ（苯醌）/H2Q（氢醌）四种介质中的的光伏性质.结果显示,（p-OCH3） ZnP-C60具有优良的光伏性能,尤其在O2/H2O介质电对中,光生电压最大为215 mV.     

MP-C60(M=H2,Zn)光电性能研究

按文献方法合成了共价键连卟啉-富勒烯化合物,通过荧光光谱和光伏效应测得它们的光化学和光电转换性能,并对卟啉-富勒烯化合物的轴向配位进行了初步探究.结果表明,卟啉键合富勒烯后荧光强度明显减弱,出现荧光猝灭现象,邻位取代锌卟啉-富勒烯化合物的荧光猝灭强于相应的对位取代锌卟啉-富勒烯化合物;光伏效应结果表明化合物具有优良的光电转换性能,尤其在介质电对O2/H2O中,光生电压达到最大,镀层厚度在1 μm出现最大值.电子吸收光谱数据表明卟啉-富勒烯化合物轴向配位后谱带发生明显移动,这是吡啶上的氮与锌卟啉-富勒烯中的锌离子发生轴向配位的结果.     

浅述光伏电池的研究发展趋势

随着石油、煤炭一次能源的消耗,储藏量逐年减少,二次能源和清洁能源的发展成为了必然要求。在这种形势下,太阳能作为一种取之不竭的清洁能源得到了广泛的应用。目前主流的太阳能发电技术,称之为太阳能光伏发电,其主要由太阳能电池和光伏系统组成,光伏电池成为了太阳能发电的主要工具和载体。随着光伏产业的不断发展,光伏电池产业也实现了快速增长。目前的光伏电池已经实现了整体性能的提升,也从第一代产品发展到了第三代。本文简单叙述了光伏电池的研究现状,以及光伏电池的整体发展过程和发展趋势。     

浅述光伏发电系统的作用及现状

光伏发电是利用半导体材料的光生伏打效应原理直接将太阳辐射能转换为电能的技术,具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单、寿命较长等优点。但光伏电池成本较高制约了光伏发电产业的发展。本文简单论述了光伏发电原理、组成和分类,并根据目前国内外光伏发电现状表述了未来光伏发电的趋势。     

化合物半导体Cu2ZnSnS4太阳电池与人工光合作用制氢

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,将成为未来新能源的重要组成部分.目前人们除了利用太阳能光伏发电以外,还有利用仿生光合作用将太阳能转化为化学能、利用半导体光电极分解水制氢等方式.而在半导体材料中,低成本环保型的化合物半导体光伏材料(如Cu₂ZnSnS₄等)具有优良的光伏发电性能,同时也非常适合作为太阳光分解水制氢的材料.文章综述了近年来在Cu₂ZnSnS₄光伏电池及其太阳光分解水制氢领域的研究进展.     

热光伏太阳电池及其研究进展

热光伏技术是将太阳光辐射出的能量,通过热光伏电池直接转换成电能的技术.由于它可广泛使用热源和具有较高能量输出密度等优点,因此在未来的光伏领域具有很大的发展潜力.本文首先介绍了热光伏系统的工作原理,然后重点评述了Si热光伏电池、Ge热光伏电池、Ⅲ-Ⅴ族化合物热光伏电池、量子阱热光伏电池和中间带热光伏电池的研究进展,并指出了目前热光伏电池发展所面临的一些问题.     

In1-xGaxN/Si异质结太阳能电池的光伏特性研究

通过器件模拟对n-In1-xGaxN/p-Si异质结的光伏特性进行了研究,并与c-Si同质结薄膜电池的性能作了比较。研究表明:在AM1.5的光照条件下,n-IGN/p-Si异质结在最佳的电池设计、最佳的材料和最佳的操作参数条件下获得的电池效率达到了27%。电池效率受到薄膜质量的强烈影响,从电子亲和势、多数载流子的迁移率、少数载流子的寿命、薄膜厚度以及掺杂水平的变化可以得到说明。     

基于STM32F103的光伏电池阵列模拟器设计

当前全球性的能源危机迫使越来越多的国家开始重视新能源的研究,光伏发电作为主要的一种方法得到了广泛研究;但由于光伏电池造价高,不利于其初期的研究.因此,很有必要设计一种成本较低,能够代替实际光伏电池阵列来执行各种光伏实验的太阳能电池模拟器.介绍了一种基于ARM控制的数字式光伏电池阵列模拟器的设计方法,这种模拟器采用STM32F103作为主控制器,可在光伏电池阵列容量一定时完成对系统数据的采集、分析、处理和实时控制.实验表明,该模拟器可以完整复现光伏电池阵列的I-U特性.     

异质结型有机太阳能电池材料的最新研究进展

作为一种低耗、高效的有机光伏器件,异质结型有机太阳能电池具有成本低、重量轻、柔韧性好等优点,已引起国内外的广泛关注.设计并合成性能优良、结构新颖的有机/聚合物电子给体和电子受体材料、提高光电转换率是太阳能电池研发的关键问题之一.本文简要介绍了异质结型有机太阳能电池的特点和工作原理,从聚对苯撑乙烯衍生物、苯并噻吩类以及苯并噻二唑类聚合物三个方面系统地综述了有机太阳能电池给体材料的研究进展.同时,依据有机太阳能电池受体材料的发展历程,较全面阐述了富勒烯衍生物、9,9-联亚芴基衍生物和苝二酰亚胺衍生物三类受体材料的结构特点及其在有机光伏器件中的应用与发展.最后,对异质结型有机太阳能电池发展趋势和应用前景做了展望.     

In1-x GaxN/Si异质结太阳能电池的光伏特性研究

通过器件模拟对n—In1-xGaxN/p—Si异质结的光伏特性进行了研究,并与c—Si同质结薄膜电池的性能作了比较。在AM1.5的光照条件下,n—IGN/p—Si异质结在最佳的电池设计、最佳的材料和最佳的操作参数条件下获得的电池效率达到了27%。电池效率受到薄膜质量的强烈影响,从电子亲和势、多数载流子的迁移率、少数载流子的寿命、薄膜厚度以及掺杂水平的变化可以得到说明。     

V—Ga共掺TiO2光伏电池模拟与研究

基于实验上获得的带隙宽度为1．6eV的V-Ga共掺杂TiO2材料,设计了一种新型pin结构光伏电池．通过Nb：TiO2作为n型重掺杂层,Cu20或CuO作为P型掺杂层,建立pn结自建电场．中间层V-Ga：TiO2为主要光吸收层,运用AMPS-1D软件模拟器件性能,研究Cu2O或CuO材料作为P型层对光伏性能的影响．模拟结果显示,Cu2O在这种结构中适合作为P型层,优化后器件光伏转化效率可达到34％．此外,通过对材料中带尾缺陷密度、吸收层与P型层界面对器件性能影响的研究,为器件制备中可能存在的问题提供解决思路．     

光伏电池模型特性研究

建立准确的光伏电池模型并对其进行特性分析是光伏发电技术研究的重要基础性问题。分析了光伏模块的等效电路模型,提出了光伏电池模块电气特性的数学模型,在Matlab/simulink中搭建仿真模型,在不同的辐照强度和环境温度并对其进行特性分析。实验结果表明辐照强度对光伏电池短路电流影响显著,而温度是光伏电池的开路电压的主要决定因素。研究为光伏发电最大功率点跟踪和大型光伏发电系统研究提供了有力支撑。     

储能型光伏系统电池容量优化配置及经济性分析

独立型光储微电网作为光伏应用的有效形式得到了广泛的使用,其中系统的经济性优劣主要依赖储能的类型和配置调控方案。基于此,根据独立光伏系统的建模思想,在给定负荷变化规律的前提下,以最大化利用光伏输出能量为目标,建立光伏能量最大化利用模型,将光伏发电单元和储能单元作为整体进行容量优化配置。通过算例分析,获得目前较为典型的5种储能电池和光伏容量的优化配置结果,在此基础上,为使系统经济性最优,进一步引入年均成本为目标并建立相应模型,得到了5种电池和混合储能电池的经济对比分析结果,最后对5种电池对应的放电时间、循环效率和寿命进行了敏感性分析。结果表明,在同等配置条件且满足项目指标的要求下,能量型铅酸电池和功率型铅酸电池组成的混合电池具有更好的经济性,其次为钠硫电池和铁锂电池,全钒液流电池成本最高。     

关于叶绿素光伏池最大输出功率变化规律的研究

以叶绿素ａ的水化物缔合体电沉积在ＳｎＯ２导电玻璃上作为叶绿素电极，以ＳｎＯ２导电玻璃作为对极，插入含有醌－氢醌的聚乙烯醇水溶液中，制成叶绿素光伏电池。研究了随不同电沉积时间及对极类型改变时电池最大输出功率的变化规律。     

全球光伏产业现状

论述了全球光伏市场的现状和产能扩张计划,分析了光伏技术的现状,介绍了全球五大光伏电池和组件生产企业,重点分析了多晶硅产业现状并介绍了全球五大多晶硅生产企业。