高效太阳能电池前景光明

一篇关于具有高量子效率、基于聚合物的太阳能电池的论文以排名第5的位置进入物理学热点论文榜,这还是塑料电子学论文第一次出现在榜单中。该文报道了对于具有能量转换率的太阳能电池的开发向前迈出了重要一步,这种电池可以使太阳能转换为电能并从中获得商业回报。     

高效太阳能电池的研究如火如荼

本期物理学第一热点论文已发表两年之久,被引频次仍在增加,截至201 1年春总被引达600次以上,而且从上期的第5名跃居本期榜首.论文#1报道一种具有内部功率转换效率接近100％的异质结太阳能电池的发明.主要研究者是诺贝尔化学奖获得者Alan J.Heeger(加利福尼亚大学圣巴巴拉分校)和Kwanghee Lee(韩国...     

Pd（Ⅲ）与聚合物太阳能电池之影响

本期化学热点论文TOP10中有两篇新作：论文#8和论文#10。论文#8报道了一种用于太阳能电池的新型聚合物的研究成果;论文#10则报道了能在高频下工作的石墨烯晶体管的研究成果。论文#10与本期其他以石墨烯为研究对象的6篇论文继续占据着化学热点论文榜的半壁江山。     

基于含硒窄带隙聚合物太阳能电池的性能

为扩展聚合物太阳能电池的光谱响应范围,选用含硒窄带隙聚合物———聚[2, 7-(9,9-二正辛基)芴-5,5’-(4,7-二硒吩-2,2’-基)-2,1,3-苯并硒二唑] (PFSeBSe)作电子给体,C60衍生物(PCBM)作电子受体,将二者共混,制备了单活化层聚 合物太阳能电池.研究表明,PFSeBSe与PCBM的最佳混合质量比约为1∶4,在AirMass 1.5(100mW·cm-2)模拟太阳光源辐照下,用LiF/Al作为阴极,器件的最大能量转换效 率为0.423%,光敏响应可扩展到700nm以上,比文献报道的结果红移了30～50nm,表明 该体系的吸收与地表太阳光谱能量分布更加匹配.     

器件结构对聚合物太阳能电池内部光电强分布的影响

针对以电子给体聚(3-己基噻吩)(P3HT)和电子受体6,6-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)共混薄膜为活性层的本体异质结聚合物太阳能电池,根据光学干涉效应和转移矩阵方法建立了非相干光吸收理论模型,研究了电极修饰层、活性层和阴极的厚度对电池内部光电场分布和活性层内部光电场强度的影响.结果表明:各功能层厚度对电池内部光电场分布和活性层光电场强度具有不同程度的影响,其中活性层和电极修饰层厚度的影响较大,而阴极厚度的影响较小;引入合适厚度的电极修饰层有利于增加活性层内部的光电场强度,提高太阳能电池的能量转换效率,改善器件的光伏性能.     

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．     

多光学间隔层结构的聚合物太阳能电池

为提高聚合物太阳能电池中有源层的光吸收,提出了一种新型结构的器件———具有多光学间隔层结构的 聚合物太阳能电池,该结构通过调节多光学间隔层折射率的分布方式,调节有源层内光电场的分布,使有源层 对入射光得到充分吸收,进而优化器件性能。采用传输矩阵法对这种多光学间隔层聚合物太阳能电池进行了 光学模拟,探索了多光学间隔层折射率的分布方式对倒置结构聚合物太阳能电池器件有源层光电场的分布和 短路电流密度( Jsc) 的影响。模拟选取的多光学间隔层是通过在ITO( Indium Tin Oxide) 玻璃衬底上依次旋涂未 掺杂ZnO 和掺杂浓度分别为0． 002 5 mol /L,0． 005 mol /L,0． 01 mol /L 的铯掺杂氧化锌( CZO: Cs doped Zinc Oxide) 薄膜制备而成的。模拟结果显示,采用从上到下铯掺杂浓度依次增加的多光学间隔层结构能有效提高 器件有源层对入射光的光吸收和短路电流密度。     

湿法制备氧化石墨烯/碳纳米管电极的聚合物太阳能电池器件

湿法制备聚合物太阳能电池具有过程简单、大面积制备以及低成本等优点,它是新型太阳能电池技术走向应用的策略之一.文中在室内条件下采用湿法旋涂方法制备了氧化石墨烯/碳纳米管混合薄膜,该薄膜具有良好的透光性与导电性,方块电阻为4 500 ohm/sq时相对应薄膜的透光率达到90% (550 nm).此外,场效应测试表明该混合薄膜呈现p型半导体特性,表明可用于解离空穴的收集.所以,基于该导电薄膜为电极材料制备的聚合物二极管具有光伏效应,在能量转换中有潜在应用.     

有机太阳能电池热点研究：聚合物、小分子、混合物

太阳能可以为全球提供无限的电力供应。然而在人类充分利用太阳能的道路上阻力来自于地球上稀有元素的匮乏,而这些元素正是目前制备太阳能面板不可或缺的重要材料,比如镓和铟。这些元素资源在本世纪末将可能消耗殆尽。在制备太阳能电池的另一条道路上,有机太阳能电池似乎成为了可持续发展的方向。但是,我们究竟应该使用何种有机材料呢？有机聚合物？小分子有机物？亦或掺杂硅的有机无机混合物？     

加利福尼亚大学杨扬教授专访:聚合物太阳能电池效率提高之路

太阳一直是人类心目中最理想的清洁可再生能源之地,作为能量之源它给予人类的回报远大于它带给人类的各种难题.科学家与企业界一直都在努力尝试充分利用太阳的恩赐,这意味着需要生产效率更高的硅基太阳能电池,或者利用其他材料制备更好的电池.目前,硅基太阳能电池在效率和可靠性方面是最好的,但价格昂贵且比较笨重.聚合物材料太阳能电池是...     

喷涂制备聚合物太阳能电池阳极缓冲层中所用溶液浓度对器件性能影响机理

以在空气中结构稳定和电导率高等特点的PEDOT:PSS为样本,针对溶液浓度与喷涂薄膜成膜特性及在此基础上制备的P3HT:PCBM体异质结聚合物太阳能电池器件,进行了表征和分析.结果表明:器件的电流密度和效率随喷涂溶液浓度增大而提高的原因是喷涂溶液浓度的增加导致所制得薄膜的表面粗糙度增大,从而增大了与体异质结的接触面积,提高了载流子的传输和收集效率;在采用浓度为66.67%的PEDOT:PSS水溶液喷涂制备的缓冲层基础上制备的P3HT:PCBM体异质结聚合物太阳能电池,短路电流达到12.08mA/cm2.     

希格斯玻色子、中微子、聚合物太阳能电池以及桓星勘测竞相争夺人们的注意力

排在本期热点论文榜单前列的两篇论文是人们期待已久的有关希格斯玻色子的观测。2013年诺贝尔物理学奖被同时授予Franqois Englert和Peter W．Higgs,以表彰他们对理解质量起源方面的贡献。（在诺贝尔奖宣布之前,这两位科学家已荣获汤森路透引文桂冠,证明他们无愧于这一最高奖项。原文注。）对诺贝尔奖的引用直接指向了论文#1和#2,论文指明科学家“对一种机制的理论发现……     

纳米化学——太阳能电池发展的加速剂

论文5与论文8的研究内容分别是硅和二氧化钛纳米材料在太阳能电池领域中的应用,研究结果表明,二者均能有效提高太阳能电池的性能。     

利用溶剂DMF处理聚合物太阳能电池的PEDOT:PSS阳极缓冲层提高能量转换效率

通过有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)处理P3HT:PCBM聚合物太阳能电池的PEDOT:PSS阳极缓冲层,能量转换效率得到了很大程度提高.DMF处理PEDOT:PSS阳极缓冲层主要有以下两种方式:①DMF 1∶4(v/v)混合原始的PEDOT:PSS溶液;②直接旋涂DMF在PEDOT:PSS阳极缓冲层上.其中后者的效果最为显著,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al的电池通过直接旋涂DMF(3 000rpm)处理PEDOT:PSS阳极缓冲层后,电池效率由3.16%提高到4.27%,提高幅度为35%.为了探究电池能量转换效率提高的机理,我们测试表征了电池在光照和暗态下的I-V特性曲线及外量子效率(IPCE)光谱,PEDOT:PSS薄膜的透光性、导电性及表面形貌,光活性层P3HT:PCBM的紫外可见光吸收及表面形貌.一系列结果表明PEDOT:PSS薄膜的导电性增强及表面形貌变化有利于空穴的抽取和收集,P3HT:PCBM薄膜的表面形貌变化有利于活性层光吸收的增强和电子的收集.     

高效稳定有机-无机钙钛矿太阳能电池

有机-无机杂化钙钛矿材料具有可调的带隙、较高的消光系数、较低的激子束缚能和双极性电荷传输等优点,适用于制备钙钛矿太阳能电池。2009年以来,这种钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8%增长到22.1%,远高于多晶硅太阳能电池的光电转换效率,具有十分广阔的应用前景。但目前实验室制备的钙钛矿太阳能电池还存在稳定性问题。本文主要阐述了有机-无机钙钛矿太阳能的发展现状,提高光电转换率的途径和原理,并介绍使之稳定的可能性及方法。     

基于苯并三噻吩共聚物/富勒烯衍生物的聚合物太阳能电池

以苯并三噻吩共聚物(BTT-BTz)为给体材料,具有不同能级结构的富勒烯衍生物为受体材料,通过共混方式制备光敏薄膜,并研究受体材料的能级结构对光伏器件开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和电池效率(PCE)的影响.结果表明:当IC60BA为电子受体材料时,器件的Voc=1.06V,但Jsc较低,使得PCE仅为1.49%;当PC60BM和PC70BM为受体材料时,Voc分别为0.86V和0.81V,但Jsc较高,使得PCE分别为3.22%和5.06%.     

绕丹宁修饰富勒烯作为新型聚合物太阳能电池受体光伏材料增强光吸收(英文)

首次将染料分子3-乙基绕丹宁连接到[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)上,合成了具有增强光吸收性能的新型富勒烯受体光伏材料PCBRh.通过1 H NMR,13 C NMR和质谱分析确定了PCBRh的结构,紫外-可见吸收光谱测试表明所合成的PCBRh在300~600nm比起PCBM具有更强的光吸收,这归因于3-乙基绕丹宁高的吸光系数.电化学测试表明PCBRh的最低未占轨道(LUMO)能级比PCBM高0.1eV,这是由绕丹宁基团的给电子作用引起的.将PCBRh作为受体光伏材料与聚己基噻吩(P3HT)共混构建出体相异质结太阳能电池,在优化的制备工艺(P3HT/PCBRh=1:1(质量比),135℃热处理10min)下,电池器件的能量转换效率为1.46%.通过AFM表征研究退火处理对光活性层的形貌的影响及其与电池器件效率的联系:与参比P3HT:PCBM共混薄膜相比,退火处理使P3HT:PCBRh薄膜中的P3HT聚集成长度约为20nm的长条,并且粗糙度较大,因此不利于激子的扩散与分离.     

提高塑料太阳能电池效率的新方法

有关超导体的论文继续在化学热点中名列前茅：论文1与论文3都曾在最近几期化学热点中出现过;论文5的研究内容也是超导体;论文4的排名同样比较靠前,其关注的重点是电子移动的另一面——半导体;论文2作为化学热点里的新面孔,也是研究与电相关的科学难题,其通过提高使太阳能面板的能量转换效率,表现出该研究的实际使用价值。     

基于自组装二氧化钛空穴阻挡层的高效钙钛矿太阳能电池

器件兼容功能层的自组装工艺是一种简单、可行和节能的策略。在介孔钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)中,致密的TiO₂膜起到空穴阻挡层的作用,而介孔的TiO₂膜起到电子传输层的作用。然而,这两层通常都要通过高温退火法获得。在此,我们通过室温自组装工艺沉积了致密的TiO₂薄膜,以作为PSCs有效的空穴阻挡层。通过沉积时间控制致密TiO₂薄膜的厚度。优化致密TiO₂薄膜的厚度(80 nm),有无空穴传输层的介孔PSCs的能量转化效率分别为17.95%和10.66%。值得注意的是,基于自组装TiO₂的全低温PSCs显示出16.41%的能量转化效率。     

给体-受体型聚合物光伏电池材料的设计合成及器件

给体-受体型聚合物是目前研究最广且性能最优的太阳能电池材料。本文以笔者课题组的研究成果为基础,结合国内外最新研究结果,综述了给体-受体型聚合物光伏电池材料及其电池器件加工工艺与技术的最新研究进展。本文介绍的聚合物材料主要包括卟啉类、萘并二噻吩类、苯并噻(噁)二唑类、二茚并二噻吩类等,电池器件加工技术方面则包括溶剂添加剂和界面修饰层的应用及其对光伏电池性能的影响等。