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.     

非富勒烯小分子受体的官能团取代效应

为进一步促进有机太阳能电池的发展,以最近合成的A-D-A′-D-A型非富勒烯小分子受体IDTP-4F(IDTP-R)为参考分子,通过用-CN/-COOCH₃官能团取代其末端受体单元中的氟原子设计了IDTP-R1～IDTP-R3三种受体。利用密度泛函理论和含时密度泛函理论对这些分子的基态和激发态进行了理论模拟,研究结果表明,设计分子具有比IDTP-R更窄的能隙、更高的电子亲和势、更低的化学硬度、更强的电子接受能力、显著红移的吸收光谱、更小的激发能和结合能,尤其是IDTP-R2,其在大多关键参数方面都优于其他设计分子,将表现出更好的光伏性能。     

有机太阳能电池的研究进展

回顾了近五年有机太阳能电池在电池材料和器件性能方面的研究进展．在材料方面,合成具有低带隙的化合物,使之与太阳光谱有更好的匹配,以提高对太阳光的吸收范围;在器件方面,通过使用异质结和纳米结构,使之在增加光吸收的同时保证激子的分离与有效迁移．有机聚合物太阳能电池是有机太阳能电池的发展方向,设计并合成具有低带宽和低HOMO能级的D—A型聚合物是提高其理论光能转化效率的关键．通过改进与提高电池的制作技术,充分挖掘新材料的潜力,将获得较大光能转换效率的有机太阳能电池．     

a—Si：HSchottky势垒太阳能电池结构中载流子俘获对电场的调制效应

本应用计算机数值模拟方法研究了ａ－Ｓｉ：ＨＳｃｈｏｔｔｋｙ势垒太阳能电池结构中载流子俘获对电场的调制效应，结果表明，无论光生空穴或电子俘获都将改变电池中的电场分布，导致准中出现或扩大，从而减小了电池的载流子收集长度，这是引起ａ－Ｓｉ：ＨＳｃｈｏｔｔｋｙ势垒太阳能电池光致性能衰退的一个重要原因。     

硒化镉量子点与C60间的光致电子转移动力学研究

结合稳态和时间分辨光谱技术,研究了CdSe量子点与富勒烯C₆₀构成的模型太阳能电池体系中,荧光发射猝灭以及基态漂白恢复的动力学过程,发现二者间的荧光猝灭是由CdSe量子点与C₆₀间的光致电子转移所引起的,并且电子转移的速率随着量子点粒径的增大而减小:4.3×10~9 s^-1(3.0 nm),1.1×10~9s^-1(3.5 nm),0.60×10~9 s^-1(4.0 nm).该结果为设计、构筑以CdSe量子点为中心的光电转化体系,以及提高其光电转化效率提供了实验依据.     

电致发光有机薄膜中载流子的输运

研究电致发光有机薄膜中载流子的输运过程,迁移率是描述输运过程的关键物理量。根据载流子在格点间跳跃（hopping)输运理论,提出了一个有机薄膜中载流子输运的理论模型,推导出了迁移率的理论公式,以聚对苯乙炔（poly(p-phenylene vinylene)为例,数值计算了其在不同温度和电场下的迁移率,与实验符合得很好。     

基于非富勒烯受体IEICO-4F的倍增型有机光电探测器

以非富勒烯材料O-IDTBR和IEICO-4F为电子受体,采用溶液法制备结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:O-IDTBR/Al和ITO/PEDOT:PSS/P3HT:IEICO-4F/Al的2种倍增型有机光电探测器.IEICO-4F器件在波长400 nm和790 nm处的最高外量子效率(EQE)分别达7220...     

有机高聚物中高能载流子自旋极化研究

利用SSH模型,考虑自旋轨道耦合相互作用,研究了在一维有机半导体中注入电子到高能级时载流子自旋极化情况;同时,作为有机半导体的重要特性,通过研究电声耦合对自旋极化的影响,发现随着电子注入能量的增高,体系的自旋极化呈整体下降的趋势.     

柔性有机太阳能电池基板COC的表面物理化学性能研究

采用氧等离子体处理对柔性有机太阳能电池（O SC）基板环烯烃共聚物（COC）进行表面改性,基于接触角测量,利用几何平均法计算了COC表面自由能及其极性分量、色散分量以及表面极性度,研究了氧等离子体处理对COC基板表面物理化学性能的影响.结果表明：COC基板表面性能与氧等离子体处理工艺条件密切相关,等离子体改性使得COC表面接触角减小、自由能增大、极性度增加,其表面物理化学性能得到明显优化.这-结果对于O SC柔性电极制备及其器件光伏性能改善具有重要作用.     

沉积温度影响有机太阳能电池阳极薄膜结晶性能

采用射频磁控溅射工艺,以氧化锌铝（AZO）陶瓷靶作为靶材,通过优化工艺参数在玻璃基板上制备了具有c轴择优取向的AZO透明导电薄膜.基于X射线衍射（XRD）测试表征,研究了沉积温度对薄膜结晶性能的影响.实验结果表明：AZO薄膜的结晶性能与沉积温度密切相关,较低温度时,随着沉积温度的升高,薄膜的结晶性能得到提高,但是沉积温度进一步升高时却有所变差.当沉积温度为400℃时,AZO薄膜的结晶性能最佳,c轴取向良好,晶粒尺寸接近40 nm.     

有机太阳能电池无铟透明电极的光电性能研究

以氧化锌铝陶瓷靶为溅射源,采用射频磁控溅射方法制备了铝掺杂氧化锌(AZO)无铟透明导电薄膜,通过X射线衍射仪、分光光度计和四探针仪等测试分析,研究了基板温度对薄膜晶体结构、力学和光电性能的影响.结果表明:所制备的AZO薄膜均为六角纤锌矿结构,并具有(002)择优取向,其晶体结构、残余应力、方块电阻、光学带隙以及优良指数等都与基板温度相关,当温度为400℃时,AZO薄膜的优良指数最大(0.40-Ω1),具有最好的光电综合性能.     

a—Si：H p—i—n型太阳能电池中的载流子俘获效应：a—Si：H太阳能电…

本文基于我们的实验结果，应用Ｓｃｈａｒｆｅｔｔｅｒ－Ｇｕｍｍｅｌ解法数值求解Ｐｏｉｓｓｏｎ方程，对经高强度光辐照过的ａ－Ｓｉ：Ｈ ｐ－ｉ－ｎ型太阳能电池进行计算机数值分析。结果表明，随着光辐照发生的载流子俘获所造成的ａ－Ｓｉ：Ｈ中空间电荷净增加或减少都会使电池内部电场分布产生变化和准中性区（低场“死层”）的出现。这是ａ－Ｓｉ：Ｈ ｐ－ｉ－ｎ型太阳能电池光致性能衰退的重要原因。于是，一条提高ａ－Ｓｉ     

酞菁类金属化合物在有机太阳能电池中的应用

目前,酞菁类金属化合物在有机太阳能电池中应用广泛,其本身具有优良的光电性,不同取代基的加入使得所形成的化合物具有不同的性质.本文综述了近年来酞菁类金属化合物在有机太阳能电池方面的应用,包括其作为给受体、阴阳极缓冲层材料及对器件光电转换效率和寿命的影响.为酞菁类金属化合物在有机太阳能电池方面应用拓宽了思路,并对日后的研究提出了展望.     

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.     

MOFs在钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells, PSCs)因其迅速发展的能量转换效率而备受关注.提高PSCs性能特别是稳定性仍是人们研究的热点.金属有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)因其高比表面积的孔隙结构、功能结构可设计性强等优点,被应用在钙钛矿太阳能电池中,表现出优异的性能.总结了MOFs在调控钙钛矿的结晶、钝化缺陷、提高载流子的迁移率和其他功能方面的研究,并提出了目前PSCs研究中MOFs存在的卡脖子问题及可优化的方向,对进一步提高MOFs在增强PSCs器件的效率和稳定性方面的价值具有重要意义.     

有机电子传输材料研究新进展

综述了应用于有机光导体、发光器件、场效应管和太阳能电池等领域的有机电子传输材料研究的最新进展,总结和比较了有机材料载流子迁移率的测试方法,并提出了设计高性能有机电子传输材料的若干原则.     

有机太阳能电池内部串并联电阻对器件光伏性能的影响

在分析有机太阳能电池等效电路模型的基础上,利用W函数建立了电池伏安特性的显性关系,研究了电池内部串并联电阻对其伏安特性、短路电流、开路电压和填充因子的影响.研究结果表明:电池的短路电流只受其内部串联电阻的影响,而开路电压则只受其内部并联电阻的影响,同时串联电阻的减小和并联电阻的增大都有利于提高电池的填充因子和能量转换效率.这一结论对于有机太阳能电池的制备及其光伏性能的改善具有重要的指导作用.     

超薄Ag透明电极的厚度对半透明有机太阳能电池光伏性能的影响

基于热蒸镀法制备了超薄透明银(Ag)电极,将其利用在半透明有机太阳能电池中,研究了超薄Ag透明电极的厚度对半透明有机太阳能电池透射率和光伏性能的影响.测试不同厚度Ag透明电极的透射率发现,当Ag电极厚度由15 nm增加到20 nm时,可见光区的透射率逐渐降低.透明Ag电极的厚度在18 nm时,器件在可见光区的平均透射率...     

有机小分子太阳能电池实验教学平台建设

采用真空热蒸镀方法制备有机小分子太阳能电池并测试其光电性能,使学生了解有机小分子太阳能电池的结构及制备工艺,熟悉Keithley半导体测试仪的使用方法,绘制器件的电流电压曲线,计算有机小分子太阳能电池的各项性能参数;通过对器件中每一层薄膜的制备和功能的分析,理解太阳能电池的结构和工作原理,并运用于工艺实验环节,着力提升学生的实践能力。     

基于ZnO缓冲层的有机太阳能电池数值分析

氧化锌(ZnO)材料具有良好导电性、光透性和稳定性,在光电器件中具有重要用途.利用AMPS-1D探究ZnO作为缓冲层对有机太阳能电池性能的影响.研究发现:添加ZnO缓冲层的有机太阳能电池开路电压、光电转化效率等性能有显著的提高; 电子-空穴产生率和空穴电流密度随着ZnO薄膜厚度增加而减小,而电荷态密度和电子电流密度随着ZnO薄膜厚度增加而增大.