钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料的研究进展

人口的快速增长导致化石燃料即将消耗殆尽,人们急需寻找新型清洁的可持续能源.太阳能正是这样一种理想的能源,其利用方式之一就是太阳能电池.钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池,其快速提升的光电转换效率引起了人们的广泛关注.其中,空穴传输材料的使用不仅增加了电池的稳定性还提高了光电转换效率,为钙钛矿太阳能电池的发展带来了新的契机.因此,研究空穴传输材料的特点和作用机理并设计合成新型高效的空穴传输材料,对进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率是十分重要的.本文从钙钛矿太阳能电池的发展历程出发,简要介绍了钙钛矿太阳能电池的基本结构和工作原理,然后重点阐明各种空穴传输材料的性能.Spiro-OMeTAD是钙钛矿太阳能电池中最受欢迎而且最经典的空穴传输材料,被广泛地应用于各种钙钛矿太阳能电池中,得到了非常高的光电转换效率.但是,这种材料合成复杂、提纯困难、价格昂贵,这就极大地限制了大规模商业化应用的可能.因此,人们开始致力于寻找Spiro-OMeTAD的替代品.近年来,开发的空穴传输材料包括无机p型半导体、聚合物和有机小分子空穴传输材料,其中有机小分子空穴传输材料具有合成简单、价格低廉、原材料丰富等特点而展示出了强劲的发展态势.本文重点介绍了四类有机小分子空穴传输材料,包括Spiro型空穴传输材料、含三苯胺型空穴传输材料、含噻吩型空穴传输材料和其他小分子空穴传输材料.虽然上述空穴传输材料各具特色,有些空穴传输材料在某些方面还显示出了非常优越的性能,但是还没有一种空穴传输材料能在各个方面与Spiro-OMeTAD媲美.所以,空穴传输材料的研发工作还任重而道远.本文对2012至2017年间关于空穴传输材料的文献进行了系统的介绍,总结并评述了各类空穴传输材料的性能,归纳了各种空穴传输材料的优缺点,并对未来高效稳定的空穴传输材料的发展方向进行了展望.     

碳材料在钙钛矿太阳电池空穴传输层中的应用进展

在传统的钙钛矿太阳电池中,空穴传输材料价格非常昂贵且占电池成本比重较大.为降低电池成本,寻求一种价格低廉的传统空穴传输材料替代品受到研究者的广泛重视.大量的研究结果表明,碳材料以其低廉的价格、稳定的化学性质、与钙钛矿材料相匹配的功函数、良好的电荷迁移率、导电率及空穴收集能力成为最有可能代替传统空穴传输材料的希望之一.同时,以碳材料为空穴传输层的钙钛矿太阳电池效率也在逐年攀升且还有进一步提升的空间.综述了多种碳材料在钙钛矿太阳电池空穴传输层中的应用进展,指出现有研究工作存在的局限性,并简要说明未来的研究方向.     

D-π-D型咔唑类空穴传输材料的设计及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

在钙钛矿太阳能电池中,空穴传输材料是影响电荷分离的重要元件,对电池器件的性能有较大影响.设计合成了一系列以三苯胺为核、咔唑为外围给体基团的新型空穴传输材料CS-49,CS-50和CS-51,并将其应用于钙钛矿太阳能电池中.研究了分子结构中共轭桥链和给体平面性的改善对其光物理、电化学等性质以及光伏性能的影响.研究发现,随着分子共轭桥链和给体基团平面性的改善,其空穴提取和迁移能力都得到了增强,同时还能优化其成膜能力,最终提升了电池器件的光伏性能.这项工作为开发高效的空穴传输材料提供了重要策略.     

空穴传输材料在钙钛矿太阳电池中的应用

针对钙钛矿太阳电池空穴传输材料进行了综述,主要介绍了近几年钙钛矿太阳电池发展过程中一些典型的空穴传输材料,对有机小分子、聚合物和无机材料3类空穴传输材料进行了分析总结。有机小分子空穴传输材料中对2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的研究最多,但其合成复杂,成本过高,研发一些低成本的类似物是目前有机小分子空穴传输材料的研究方向;聚合物空穴传输材料中(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)3者均表现出不错的光电转换效率,通过掺杂可提高导电性进而提高电池的效率;无机空穴传输材料中效率最高的是CuSCN与NiOx,具有空穴迁移率高、带隙宽、合成简单、生产成本低等优点,制备的电池均取得了超过20%的光电转换效率。课题组也一直致力于高性能低成本的空穴传输材料的研究,已经合成了Cz-OMeTAD、SDF-OMeTAD、BDT2FMeDPA 3种成本较低性能较好的有机小分子空穴传输材料。通过对目前各种空穴传输材料的优点及相关机制的介绍,为人们后续不断探索研究,以及发现更好的空穴传输材料提供帮助。随着更多新的材料被应用以及工艺的不断优化,空穴传输材料将不断促进钙钛矿太阳电池的市场化进程,未来可期。     

吡啶肼类衍生物在有机电致发光器件中的应用

有机电致发光材料的电子传输材料研究远落后于该领域的其他材料,需要开发出新型的电子传输材料,提高电子传输效率,改善器件性能.以合成的Pybispy和Pybisqu作为电子传输材料,制作了结构为玻璃基板/ITO阳极/空穴传输层/发光层/电子传输层/电子注入层/铝电极的有机电致发光器件,探讨了它们在有机电致发光器件中的性能,Pybispy和Pybisqu作为电子传输材料器件的最大发光亮度分别达到了218和5 980 cd/m2.结果显示该系列化合物具有电子传输性能,可应用于有机电致发光器件中的电子传输材料.     

多酸-有机高聚物杂化材料的研究进展

多酸－有机高聚物杂化材料结构独特,性质优良,是一项多学科交叉的前沿课题。综述了多酸－有机高聚物的制备方法、功能性质及其应用研究的新进展。     

碳材料电极在无空穴传输层钙钛矿太阳能电池中的应用进展

目前,在高效率钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)中,金、银等贵金属对电极和昂贵的空穴传输材料已成为标配,导致电池成本较高,严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的推广与发展,开发价格低廉的对电极及空穴传输材料迫在眉睫.碳材料具有价格低廉、化学性质稳定、导电性好、空穴提取能力强等优点,近年来以其作为无空穴传输层钙钛矿太阳能电池对电极的研究取得了 一定的成果.本文介绍了碳基无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的器件结构及工作原理,并以碳材料种类为划分依据,分别综述了石墨/炭黑、碳纳米管、导电碳浆、碳墨、石墨烯等多种碳材料作为钙钛矿太阳能电池对电极的研究进展,指出现有研究工作中存在的局限性,并简要说明该领域未来的发展方向.     

具有异质结的聚合物有机薄膜电致发光器件

本文报道了由一层电子传输材料ＰＰＱ和一层空穴传输材料ＰＤＤＯＰＶ构成的有机聚合物异常结发光二极管的实验结果。虽然双层器件的点亮电压高于由纯ＰＤＤＯＰＶ构成的单层器件,但是它在一定电压下,电流密度降低了一个数量级,而亮度却提高了近两个数量级。     

三氢-苯并吲哚啉方酸染料晶体中电荷转移过程的理论研究

由于具有良好的光化学稳定性、在可见光区和近红外区的强吸光性等优点，方酸类染料是目前最具潜力的小分子有机太阳能电池给体材料之一.然而，其空穴迁移机制并不明确，较低的迁移率限制了器件光电转换效率的提升.结合第一性原理计算、Marcus电子转移理论、主方程模拟，系统研究了三氢-苯并吲哚啉方酸(USQ-BI)染料的电子结构、分子堆积模式以及电荷转移性质.结果表明，由于空穴迁移路径上交替出现两种不同的分子堆积模式，驱动力呈现正负交错的特征，克服正驱动力的过程为空穴迁移的决速步.据此，提出了降低驱动力绝对值以增大迁移率的理论策略.进一步研究发现，在一些位点上引入氰基可以显著提高空穴转移耦合强度，从而提高空穴迁移率.最后，对USQ-BI中电子转移过程的研究发现，由于较大的重组能导致较小的电子转移速率，该晶体不能作为好的电子传输材料.     

多功能蓝光荧光材料研究进展

有机电致发光器件(OLED)被认为是最具竞争力的下一代平板显示器和固态照明光源,而高效蓝光材料的开发是实现OLED商业化的最重要前提之一。蓝光材料固有的高能隙使电荷很难注入到发光材料中,导致蓝光电致发光器件性能较差。为了提高器件效率,可以从器件结构和材料结构两方面进行优化。就材料本身而言,通过改变分子结构,在蓝光材料的结构中引入电荷传输单元,构建多功能蓝光材料,能有效改善电荷的注入和传输。根据分子中引入的功能基团的不同,多功能蓝光荧光材料可分为空穴传输型、电子传输型及双极传输型3种,分别对这3类蓝光材料进行综述,介绍了该领域的最新研究进展。     

DSSC太阳能电池

介绍了染料敏化纳米太阳能电池(DSSC电池)的结构和原理,对纳米TiO2膜、敏化染料、电解质的研究进展进行了综述,并对其应用前景作出展望.     

改性聚丙烯酸盐类高分子材料的研究进展

聚丙烯酸盐类高分子材料具有极强的吸水持水能力,自研发以来便广泛应用于农田保水剂和个人卫生用品当中。该类材料经持续改进,目前已拥有高机械强度、生物相容性、可生物降解性、重金属离子固定作用等优异特性,可针对不同领域的问题提供新的解决方法。本文聚焦聚丙烯酸盐类改性高分子材料的最新进展,介绍了材料常用的合成及改性方法。系统阐述了不同条件下改性材料的性能变化,以及其在污染土壤和废水处理中的作用与优势,并总结了实际应用过程中存在的问题和局限性。最后,基于上述分析对聚丙烯酸盐类高分子材料未来的发展方向进行了展望。     

刍议绿色高分子材料

介绍了绿色高分子材料的定义、种类和研究方向,提出了可环境消纳高分子材料成为高分子材料绿色化的主要研究方向和21世纪高分子材料的发展趋势。     

高分子梯度功能材料的自组装制备

介绍了高分子梯度功能材料的自组装机理，对国内外高分子梯度功能材料的自组装制备工艺的最新研究成果进行了综合评述，并指出了该方法的研究和应用前景．     

高分子固体膜材料及其应用

膜材料是膜分离技术的关键,文章介绍了目前常用高分子固体膜材料及其应用.     

粘土／聚合物复合吸水材料的研究进展

综述了粘土矿物对于高吸水性聚合物的改性机理、改性方法的影响,介绍了目前粘土／聚合物复合吸水材料的主要种类。分析指出,吸水能力、凝胶强度与耐盐性三者乏阊难以统筹兼顾是这类复合材料当前存在的主要问题,将其与天然资源复合开发环境友好型产品,并用于废水中高毒染料和有害金属离子的去除是其今后的发展方向。     

高储能密度钛酸钡基复合材料

 高介电常数介电材料在储能方面的特殊作用使其在电工、电子技术领域有着重要的应用。随着电子工业的发展,高储能密度介电材料受到越来越多的关注,出现了一些新型的高储能密度介电材料。高储能密度介电材料具有高的介电常数和击穿强度,其发展的关键是提高储能密度。本文对近年来高储能密度介电材料的研究发展进行了概述,主要讨论了通过对钛酸钡的改性(即掺杂改性、表面包覆改性和复合材料制备)来提高介电材料的储能密度。分析了钛酸钡/聚合物复合材料的制备方法及其介电性能的影响因素,其中,陶瓷填料和聚合物基体2相界面的相容性是复合材料介电性能的重要影响因素。同时,指出了解决BaTiO₃粒子在聚合物基体中的分散问题、填料和聚合物基体的选择以及制备过程中工艺条件的控制都是研究兼具高介电强度和高介电常数复合材料的发展方向。     

切片技术在聚合物材料研究中的应用

将切片技术与透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、光学显微镜（LM）等快速发展的显微分析技术结合起来，可以研究聚合物材料的形貌结构、相容性和结晶，以及填料的分散及形貌结构等，有助于优化聚合物材料的制备工艺条件、配方和性能。进一步优化切片速度、温度等切片技术参数并加强与显微红外光谱等其他显微学表征手段的结合，将使切片技术在高分子材料的结构分析与性能优化中发挥更加重要的作用。     

智能及仿生材料技术专利态势分析

以压电陶瓷、形状记忆合金、自清洁与自修复高分子材料、电（磁）流变体、电（磁）致伸缩材料等为对象，分析了国际智能与仿生材料技术专利申请与研发情况，揭示了专利申请活动的时间、空间、机构、技术布局、重点专利技术追踪与演进等方面的特点，并对当前主要态势进行了总结分析。     

Electronic Properties of Organic Semiconductors Based on Nonconjugated Polymers

1 Results The paper presented review of experimental results on the charge transport study in the polymer materials,possessed charge instability.The base of these materials is noncojugated polyaromatic compounds.Characteristic feature these materials is a wide of band gap up to 4.3 eV and the value of first ionization potential about 6 eV.Electronic energetic parameters like these are typical for insulator materials.However it was established that there are not only hopping mechanism of charge transpor...