低温制备高效透明铂对电极及其在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

采用真空热分解法在柔性ITO/PEN衬底上120℃制备高效透明柔性铂对电极,获得的铂对电极在柔性染料敏化太阳能电池中显示出较好的化学稳定性、良好的透光性及对I3-/I-有较高的催化性能.与染料敏化的TiO2/Ti光阳极组装的柔性染料敏化太阳能电池在100mW cm-2模拟太阳光照下,光电转换效率达到5.14%.相比较于其他制备铂对电极的方法,真空热分解法适用于低温在柔性聚合物衬底上制备铂对电极.     

染料敏化太阳能电池对电极材料的研究进展

染料敏化太阳能电池 (dye-sensitized solar cell, DSSC) 以其低廉的价格、简单的封装工艺、材料的环境友好性、较高的光电转化效率等优点, 得到了学术界和工业界的广泛关注. 作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分, 对电极(counter electrode, CE)材料的价格、性能以及制备方法, 直接关系到其将来的大规模应用. 本文简要介绍了染料敏化太阳能电池的工作原理以及对电极的作用, 重点综述了近年来对电极方面具有代表性的研究成果.     

染料敏化太阳能电池合金对电极材料

对电极(counter electrode,CE)是染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)的重要组成部分,发展性能优异的对电极材料是提高DSSCs光电转换效率的关键.虽然以贵金属铂(Pt)、碳材料、导电聚合物、过渡金属化合物以及复合材料作为对电极都使DSSCs取得了相当高的光电转换效率,但另一类新型的合金对电极材料表现出优异的催化性能且应用于DSSCs中获得了很多令人瞩目的成果.本文综述了近5年来新型合金对电极的研究历程,并对合金材料在DSSCs领域内所面临的问题及其发展趋势进行了展望.     

真空条件下自组装PEDOT/PSS-ZnO纳米线

通过sol-gel法制备了PEDOT/PSS-ZnO纳米复合材料, 在真空中使其自组装得到了外径约为100 nm, 具有电缆形貌的一维纳米线. 经TEM和EDX光谱测定, 该纳米线的有机外壁是导电高分子PEDOT/PSS, 内芯是多晶结构的ZnO. 研究表明: 环境的真空度和放置时间极大地影响该纳米线的自组装形貌.     

形貌对NiSe_2对电极的电催化活性及其染料敏化太阳能电池性能的影响

为了探究金属硒化物的形貌对其电催化活性和染料敏化太阳能电池性能的影响,本文采用一步水热合成的方法,制备了棒状和颗粒状形貌的NiSe_2纳米材料.通过滴涂的方法将材料负载在FTO导电玻璃上制备成染料敏化太阳能电池的对电极.研究结果表明,与颗粒状NiSe_2相比,一维棒状的NiSe_2对I3-离子的还原反应表现出了较强的催化活性.棒状NiSe_2电极组装的染料敏化太阳能电池,其能量转换效率达到8.52%,高于同等条件下的颗粒状NiSe_2对电极(8.13%)和Pt对电极(8.20%).此外,棒状的NiSe_2对电极相比颗粒状NiSe_2对电极在碘基电解液体系中表现出较好的电化学稳定性.     

PEDOT作为阳极的柔性有机电致发光器件

将PEDOT／PSS（poly-3,4-ethylenedioxythiophene/polystyrenesulfone acid)导电基片用于制备柔性有机小分子电致发光器件，研究了清洗工艺，器件结构对器件性能的影响，分析了导电膜表面与器件性能的关系，在优化后的条件下，最大亮度为2760cd/m^2，外量子效率最大值为1．4％，已接近ITO作为阳极的器件的性能。     

基于金纳米粒子修饰空穴注入层的高效率钙钛矿发光二极管

有机-无机杂化钙钛矿电致发光器件(Pe LEDs)在平板照明和显示等方面有着重要应用前景,并且具有成本低和制备过程简单等优点,近年来吸引了越来越多科学家的关注和研究.如何通过优化器件结构,进一步提高Pe LEDs的电致发光效率及发光的稳定性是当前的研究热点.在优化光电器件性能上,金纳米粒子(Au NPs)以其特殊的小尺寸效应提供了诸多材料没有的特殊优势.本文以Frens法制备了粒径为~20 nm的水溶性Au NPs,然后以一定体积比加入到空穴注入层Poly(3,4-Ethylene Dioxythiophene):Poly(Styrene Sulfonate)(PEDOT:PSS)中,制备成AuNPs修饰的Pe LEDs.实验结果发现,加入Au NPs后,CH_3NH_3PbBr_3钙钛矿薄膜的光致发光性能和电致发光性能都得到了显著的提高,分别为原先的~2.41倍和~1.48倍.其中,Au NPs修饰的PeLEDs的启亮电压为~3.0 V,最大亮度为~16050 cd/m~2,最高电流效率为~7.02 cd/A.机理研究表明,AuNPs的表面等离子体局域共振吸收谱与发光层CH3NH3Pb Br3的荧光发射谱重叠得很好,因此Au NPs能加快PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbBr_3界面处激子的发光辐射退激速率,从而减少了该界面处的激子被附近的剩余载流子(空穴)淬灭的数量,使界面处更多的激子被用来发光,从而提高了激子的利用率.本文提出了一种通过Au NPs界面修饰来提高Pe LEDs发光效率的有效途径,这对于Au NPs表面等离子体共振的基础研究以及改善Pe LEDs的发光效率都具有非常重要的意义.     

聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)在锂氧电池中的电催化性能

采用化学聚合法合成了PEDOT粉体.将PEDOT/乙炔黑/PTFE和乙炔黑/PTFE分别按质量比4.5/4.5/1和9/1进行混合,调浆后均匀涂覆在镍网上,作为锂氧电池空气电极.用FTIR对复合物的结构进行分析.用四探针法、循环伏安法、恒流充放电法和电化学阻抗法研究了乙炔黑和PEDOT/乙炔黑两种材料的导电性及电化学性能.测试结果表明,乙炔黑/PTFE(9/1)和PEDOT/乙炔黑/PTFE(4.5/4.5/1)的还原电位分别为2.20和2.57 V;乙炔黑/PTFE(9/1)的首次放电比容量为2812 mA h/g,而PEDOT/乙炔黑/PTFE(4.5/4.5/1)的比容量则达到了4056 mA h/g;添加PEDOT使乙炔黑模拟电池的电荷转移阻抗降低了~76.8%,表明PEDOT能够使锂离子在脱/嵌过程中的极化变小.以上结果说明PEDOT能够有效提高乙炔黑的电催化性能.     

C/CoNi_2S_4对电极的染料敏化太阳能电池性能

为了降低染料敏化太阳能电池的生产成本,促进其未来的大规模应用,开发能够替代Pt的高效对电极材料成为新的研究热点.本文将静电纺丝法和水热法结合,成功合成了碳纤维与CoNi_2S_4纳米复合材料,利用喷涂技术在掺杂氟的透明导电玻璃(FTO)上制备了C/CoNi_2S_4薄膜作为对电极.扫描电子显微镜(SEM)对C/CoNi_2S_4的形貌进行了表征,结果表明Co Ni2S4颗粒成功地负载在碳纤维表面;X射线衍射(XRD)结果显示除了C和Co Ni2S4没有其他杂相出现.以C/CoNi_2S_4作为对电极的电池效率达到了4.46%,接近于Pt对电极的效率(5.34%).     

柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备及其应用

采用水热法将商用二氧化钛(P25)、无水乙醇和蒸馏水置于高压釜中搅拌分散, 得到二氧化钛浆体. 采用刮涂法在ITO/PEN衬底上低温制备了柔性光阳极和染料敏化太阳能电池, 进行SEM, UV-vis, FTIR和电池光电性能等表征和测试, 分析不同条件对柔性太阳能电池性能的影响. 结果表明, 在185℃高压釜中水热处理12 h制备的二氧化钛浆体, 稳定性高, 均匀性好. 所组装的柔性染料敏化太阳能电池在100 mW/cm2模拟太阳光照下, 光电转换效率达到3.4%.     

铋系氧化物在光伏电池中的创新应用

无机/有机杂化太阳能电池随着其光电转换效率的不断提高,逐渐成为当今太阳能电池领域研究的热点.这种太阳能电池既利用了无机材料载流子迁移率高、化学稳定性好的优点,又具备有机材料良好的柔韧性和可加工性,以及吸收系数高的特点.无机材料ZnO和TiO2因为其高的迁移率和容易合成的特性,一直是无机/有机太阳能电池的     

多孔氧化铝钝化接触实现高效钙钛矿太阳能电池

<正>有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电转换效率、制备简易和带隙可调的性质被广泛认为是下一代最具潜力的薄膜光伏技术.至今,钙钛矿太阳能电池的认证光电转换效率(power conversion efficiency, PCE)已达26%(https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies.pdf),仍远低于其Shockley-Queisser理论极限效率(PCE～33%)^[1].     

纳晶敏化太阳能电池中铂修饰对电极的一种新制法

采用铂胶体制备、L-B膜及自组装技术的结合, 在导电玻璃上制备出铂修饰电极. 电极的载铂量低, 对碘的还原反应催化活性高, 其催化性能高于纳晶敏化太阳能电池中常用的铂对电极. 这种高的催化性能归因于该电极表面均匀分布的纳米铂颗粒结构.     

钙钛矿太阳能电池的内建电场调控策略研究进展

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)作为一种高效率、低成本的光伏器件引起了国内外学者的广泛关注.电池内部的载流子分离和传输是器件工作的核心过程,直接关系到器件的光电转化效率.异质结形成的内建电场主导着载流子的行为,其强度大小决定器件中电子和空穴的分离效率,所以对内建电场的调控和优化可以从根本上提升电池的性能.本文首先对钙钛矿太阳能电池中的内建电场以及载流子分离机制进行介绍,然后对目前常见的钙钛矿太阳能电池内建电场的调控策略及其对器件性能的影响进行总结,主要包括通过掺杂、构建三维/二维钙钛矿异质结、构建偶极层等调控钙钛矿太阳能电池的内建电场.最后,对钙钛矿太阳能电池的内建电场调控技术进行评价,并对未来该领域的发展进行展望.     

聚合物太阳能电池研究进展

指出了聚合物太阳能电池的光电响应方式与传统无机太阳能电池的差别, 描述了聚合物太阳能电池的工作原理、器件结构和光电效应的产生过程, 强调了当前广泛使用的体相异质结器件结构的突出优点, 分析了目前制约电池效率和稳定性提高的主要因素, 特别就光敏层薄膜形貌对器件性能的影响进行了深入的探讨. 并提出了提高聚合物太阳能电池效率的途径以及延长电池寿命的方法, 为今后聚合物太阳能电池的发展指明了研究方向.     

基于闪蒸法制备平面钙钛矿光伏器件

自2009年第一块基于钙钛矿材料的太阳能电池被制备出来,经过近10年的发展,目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从最初的3.8%提升到超过22%,这使得越来越多的人关注到钙钛矿太阳能电池,它被认为是在未来可能取代硅基太阳能电池的新一代太阳能电池.影响钙钛矿光伏器件性能的关键因素是钙钛矿活性层的制备.在本工作中,使用实验室自制的真空闪蒸设备制备钙钛矿光伏器件,并对前驱液制备、抽气压强等参数进行研究,优化最佳真空闪蒸钙钛矿CH_3NH_3PbI_3层条件,优化后器件最高转换效率达到18.09%.同时尝试在前驱液中掺入CH_3NH_3Cl并制备柔性器件,通过改变掺杂比例进行优化后刚性器件和柔性器件的最高转换效率分别达到了18.69%和15.10%.本工作可以对钙钛矿膜层的制备起到指导作用,进而得到光电性能更好的钙钛矿光伏器件.     

锡基钙钛矿太阳能电池研究进展

有机-无机杂化钙钛矿具有优异的光吸收性能和较高的载流子迁移率等优点,相应的钙钛矿太阳能电池在经历短短11年的发展后,光电转换效率已接近单晶硅电池.同时,制备工艺简单、生产成本低等优势令钙钛矿太阳能电池具有极大的商业潜力.然而,存在于传统钙钛矿太阳能电池中铅的毒性仍是限制其大规模生产最重要的阻碍之一.低毒性的锡基钙钛矿继承了铅基钙钛矿绝大部分优异的光电性能,目前最高的光电转换效率已超过13%,但与铅基相比还有一定差距.本文首先介绍锡基钙钛矿的结构和性质,然后分别从添加剂和组分调控两个角度综述锡基钙钛矿太阳能电池近年来的重要研究进展,最后总结该领域存在的挑战和发展方向.     

太阳能电池的最终效率探讨

太阳能电池利用光伏效应将太阳能直接转换为电能,拥有可再生、清洁、安全、寿命长等优点,被认为是最有前途的可再生能源技术之一.虽然光电转化效率在10%~18%的太阳能电池已经实现大规模产业化应用,但如何进一步提升太阳能电池的光电转换效率依然是研究者面临的最重要的挑战.近年来,随着新材料和新技术的不断发展,单结太阳能电池的效率越来越逼近S-Q效率极限;另一方面,随着多结太阳能电池、中间带太阳能电池等新概念太阳能电池的出现,太阳能电池效率纪录在不断地被改写.本文围绕太阳能电池的效率极限,主要讨论了各类单结太阳电池、多结太阳能电池的基本原理和优缺点,分析了限制它们效率进一步提升的主要因素,并展望了新概念太阳能电池的发展与效率极限.     

基于有机小分子和有机-无机杂化钙钛矿复合发光层的白光PeLED

由于优越的光电特性和溶液加工特性,有机-无机杂化钙钛矿材料在发光显示领域展示出极大的应用前景.近两年,有机-无机杂化钙钛矿电致发光器件(Pe LED)得到了快速发展,电致发光效率已经达到了传统有机电致发光器件(OLED)的水平.由于白光是显示和照明领域的最主要光源,因此开发白光Pe LED具有重要的科学和商业价值.本文报道了以有机小分子1,3-bis(9-carbazolyl)benzene(m CP)和有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3Pb Br3混合膜作为发光层的一种新型白光Pe LED.首先,通过一步旋涂工艺得到了均匀致密、覆盖度较高的m CP:CH3NH3Pb Br3晶体薄膜.然后以m CP:CH3NH3Pb Br3膜作为发光层的白光Pe LED(器件结构为ITO/PEDOT:PSS/m CP:CH3NH3Pb Br3/tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl(TPBI)/Li F/Al),器件的启亮电压为~3.2 V,最大亮度为~170 cd/m2,电致发光效率为~0.15 cd/A.当偏压为7 V时,Pe LED的CIE色坐标达到了(0.32,0.31),得到了理想的白光.该白光Pe LED基本达到了工业化的要求,同时也为进一步开发更高效、更稳定的白光Pe LED提供了参考思路.     

利用金纳米晶等离子共振效应实现量子点敏化太阳能电池的光电流增强

<正>近年来,量子点敏化太阳能电池的光电转换效率大幅提升,得到了研究者的广泛关注.量子点敏化太阳能电池的工作机制和染料敏化太阳能电池类似,利用量子点替换传统染料具有以下优点:(1)量子点的消光系数高达105 L/(mol cm);(2)量子点的光谱响应可以通过改变其尺寸而方便地调节;(3)相较染料而言,量子点具有较好的抗水氧性;(4)量子点具有多激子效应,有望发展为高效率的光伏器件.尽管量子点敏化太阳能电池有诸多的优点,但就目前的研究而言,其光电转换效率(~6%)仍然远远落后于