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有机太阳能电池热失效机制及三元共混提升其热稳定性研究进展

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化学学报 2023年第2期81卷 131-145页

作者：查汉房进闫翎鹏杨永珍马昌期太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所创新实验室&印刷电子研究中心苏州215123 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原030024 山西浙大新材料与化工研究院太原030032

有机太阳能电池(Organic solar cells,OSCs)作为一种新兴高效太阳能电池,近年来得到飞速发展.目前OSCs的光电转换效率(Power conversion efficiency,PCE)已经达到19%以上,初见商业化应用曙光.但其稳定性方面尚未发展成熟,尤其在制备和... 详细信息

有机太阳能电池(Organic solar cells,OSCs)作为一种新兴高效太阳能电池,近年来得到飞速发展.目前OSCs的光电转换效率(Power conversion efficiency,PCE)已经达到19%以上,初见商业化应用曙光.但其稳定性方面尚未发展成熟,尤其在制备和工作过程中电池器件需要经历高温考验,电池的热稳定性要求高.三元共混策略是在传统的二元OSCs活性层中引入第三组分,利用第三组分调控分子间的相互作用,在实现高效光电转换效率的同时有效提高器件热稳定性,展现出了极大的应用潜力.本综述首先从器件热衰减过程出发,总结了OSCs热衰减过程中包括:热致活性层形貌变化、各层材料之间的互扩散行为以及界面老化等相关机制.在此基础上,重点介绍了三元策略在提高OSCs热稳定性方面的应用进展和作用机制.最后,对三元策略在OSCs中的应用发展进行总结并展望,指出第三组分的针对性选择以及作用机制解析是三元OSCs面临的关键问题和挑战.

关键词：有机太阳能电池热稳定性效率三元策略

煤基零维纳米碳材料的合成、性能及其在能源转换和存储应用中的研究进展

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化工学报 2022年第11期73卷 4791-4813页

作者：侯旺君闫翎鹏曹哲勇郑静霞杨永珍太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室山西太原030024 山西浙大新材料与化工研究院山西太原030032 太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024

煤是自然界中分布最广、储量最丰富的含碳资源,其分子结构与纳米碳材料具有天然的相似性,是优质的纳米碳材料前体。多年来,以煤为前体制备的各种纳米碳材料已被广泛应用于能源、信息、环境和生物医学等领域。其中,煤基零维纳米碳材料如... 详细信息

煤是自然界中分布最广、储量最丰富的含碳资源,其分子结构与纳米碳材料具有天然的相似性,是优质的纳米碳材料前体。多年来,以煤为前体制备的各种纳米碳材料已被广泛应用于能源、信息、环境和生物医学等领域。其中,煤基零维纳米碳材料如纳米金刚石、富勒烯、碳纳米洋葱、碳点等,因其具有小的纳米尺寸、大的比表面积、独特的球形结构等,表现出优异的荧光特性、电化学性能以及催化性能等,在能源转化和存储等领域展现出极大的应用潜力。本文综述了基于煤炭及其衍生物为前驱体的各类零维纳米碳材料的制备方法和性能,并对其在照明显示、电化学储能、光/电催化等方面的应用进展进行总结,指出目前存在的问题与挑战及其解决策略,最后对其未来发展进行了展望。这为促进煤炭的高附加值转化和利用以及大规模制备煤基零维纳米碳材料提供理论和实践支持。

关键词：煤及其衍生物零维纳米碳材料合成能源转换和存储荧光电化学催化

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光学增益介质在微型激光器中的应用进展

发光学报 2022年第12期43卷 1948-1964页

作者：刘佳男王芷闫翎鹏陈童杨永珍许并社太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室山西太原030024 太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024 山西浙大新材料与化工研究院山西太原030032 陕西科技大学材料原子-分子科学研究所陕西西安710021

微型激光器具有体型小、光束质量高、激光亮度强和响应速度快等优点,在军事、医疗和通信等领域展现出极大的应用潜力。增益介质作为微型激光器的核心部分,是一类具有放大自发辐射特性的材料。其本身的放大自发辐射特性对激光器性能起着... 详细信息

微型激光器具有体型小、光束质量高、激光亮度强和响应速度快等优点,在军事、医疗和通信等领域展现出极大的应用潜力。增益介质作为微型激光器的核心部分,是一类具有放大自发辐射特性的材料。其本身的放大自发辐射特性对激光器性能起着至关重要的作用,直接影响微型激光器的阈值、激光能量、稳定性和波长调谐性等性能。近年来,各种新型具有放大自发辐射性能的材料被相继开发,并在各类微型激光器中崭露头角。本文首先介绍激光器中增益介质的放大自发辐射工作原理;然后系统综述微型激光器用各类光学增益介质的特性及不同模式谐振腔产生激光的研究现状,指出目前这些材料所存在的问题,并提出解决策略;最后对其未来发展进行展望,以期对微型激光器的研发有所裨益。

关键词：微型激光器放大自发辐射增益介质谐振腔

非富勒烯有机太阳能电池Tg相关性的反常热衰减行为

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非富勒烯有机太阳能电池Tg相关性的反常热衰减行为

第十届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：查汉房进闫翎鹏马昌期太原理工大学材料科学与工程学院中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所创新实验室

当前,聚合物:非富勒烯基有机太阳能(OSCs)的能量转换效率已经突破19%,但无论持续光照造成的热量积累还是热压封装都对OSCs的耐热性提出了考验。鉴于此,以PM6:Y6基OSC为研究对象,考察了OSCs在不同温度下的衰减行为。研究发现PM6:Y6基OSC...

当前,聚合物:非富勒烯基有机太阳能(OSCs)的能量转换效率已经突破19%,但无论持续光照造成的热量积累还是热压封装都对OSCs的耐热性提出了考验。鉴于此,以PM6:Y6基OSC为研究对象,考察了OSCs在不同温度下的衰减行为。研究发现PM6:Y6基OSC在60–120℃下加热时,器件的J衰减都表现出先下降后上升的反常老化行为,且温度越高衰减过程越快。OSCs衰减阶段和恢复阶段均呈现指数型变化,且老化温度与老化时间的关系曲线符合Arrhenius方程,这表明老化行为与分子间相互作用相关。进一步通过器件结构设计结合性能表征分析,确定该反常衰减行为主要由活性层堆积改善和MoO/活性层界面老化两方面综合作用影响。最后对其他非富勒烯体系(BTP-eC9,L8-BO)OSCs的热老化研究也发现,其他体系非富勒烯电池也表现出这种反常热衰减行为,且其拐点温度与受体材料的玻璃化转变温度(T)相对应,这主要是因为当加热温度高于材料T时,非富勒烯受体分子活动能力增强,发生热运动堆积重排,导致J回升。本报告将详细介绍非富勒烯基PSCs的Tg相关性反常老化行为。

关键词：

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封装对聚合物太阳能电池性能和稳定性的影响

中国材料进展 2023年第5期42卷 398-405页

作者：王亚玲闫翎鹏董海亮韩云飞杨永珍马昌期许并社中北大学能源与动力工程学院山西太原030051 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室山西太原030024 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所印刷电子研究中心江苏苏州215123 太原理工大学材料科学与工程学院山西太原030024

为了提高有机光伏器件的寿命,通常采用封装技术来限制太阳能电池在水氧中的暴露程度。尽管聚合物太阳能电池(organic solar cells,OSCs)封装领域的相关研究已取得系列进展,但文献中很少研究封装过程带来的损伤。以经典的聚-3已基噻吩为... 详细信息

为了提高有机光伏器件的寿命,通常采用封装技术来限制太阳能电池在水氧中的暴露程度。尽管聚合物太阳能电池(organic solar cells,OSCs)封装领域的相关研究已取得系列进展,但文献中很少研究封装过程带来的损伤。以经典的聚-3已基噻吩为给体,[6,6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯为受体,通过将哌嗪作为第三组分提高器件稳定性,以氧化锌(ZnO)和三氧化钼(MoO_(3))为传输层材料制备倒置结构OSCs,系统考察大规模卷对卷器件封装中常用的紫外线(ultraviolet,UV)固化粘合剂对器件光电转化效率和稳定性的影响。结果表明,随着辐照时间的延长,UV胶封装器件的性能(开路电压、短路电流密度、填充因子和光电转化效率)呈持续下降趋势,更换MoO_(3)/Al电极后老化器件性能恢复,证实MoO_(3)/Al界面破坏是器件性能衰减的重要原因。激光束诱导电流成像显示UV胶封装出现由边缘向中心的失效过程。据此,提出如下的降解机理:UV胶中的光引发剂在紫外光照射下会产生强的质子酸,产生的质子酸与MoO_(3)发生反应,阻碍了空穴的有效传输,最终使得器件效率大幅度下降。此外,还开发出一种有效的OSCs器件用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物膜封装工艺。本研究指出了UV胶固化粘合剂封装工艺的问题,同时也为提高聚合物太阳能电池的稳定性提供了新策略。

关键词：封装聚合物太阳能电池 UV胶三氧化钼乙烯-醋酸乙烯酯共聚物

氧化锌/碳基核壳结构量子点的构建及其在有机太阳能电池的应用

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氧化锌/碳基核壳结构量子点的构建及其在有机太阳能电池的应用

二胺阳离子稳定FAPbI3钙钛矿α相提升钙钛矿太阳能电池性能

第九届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：闫翎鹏赵文盛杨永珍刘旭光马昌期太原理工大学材料科学与工程学院中国科学技术院苏州纳米技术与纳米仿生研究所创新实验室

有机太阳能电池具有轻柔、半透明、可卷对卷印刷和建筑一体化,被认为是极具潜力的新型能源技术,而进一步提高其光电转换效率和稳定性是实现其商业化的关键问题。众多研究表明,界面工程是提高聚合物太阳能电池光电转换效率和稳定性行之... 详细信息

有机太阳能电池具有轻柔、半透明、可卷对卷印刷和建筑一体化,被认为是极具潜力的新型能源技术,而进一步提高其光电转换效率和稳定性是实现其商业化的关键问题。众多研究表明,界面工程是提高聚合物太阳能电池光电转换效率和稳定性行之有效的方法。ZnO是一种理想的有机太阳能电池阴极界面材料,但由于其富含缺陷态,这不仅影响了其导电性也会因其诱导的光催化裂解非富勒烯分子,进而导致有机太阳能电池性能衰减大幅衰减。鉴于此,我们探索构建合成一系列氧化锌/碳基核壳结构量子点,通过纳米碳材料的引入钝化氧化锌缺陷,提高其结晶性,最终实现有机太阳能电池紫外/空气稳定性和光电转换效率有效提升。本报告将介绍我们近年来设计的两类氧化锌/碳核壳结构量子点(CD@ZnO和ZnO@C)的构建以及将其用于有机太阳能电池。

关键词：氧化锌核壳量子点有机太阳能电池稳定性

来源： cnki会议评论

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二胺阳离子稳定FAPbI3钙钛矿α相提升钙钛矿太阳能电池性能

聚乙二醇修饰对P3HT/ZnO复合膜形貌和光学性能的影响

第十届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：李欣欣丁长增杨永珍闫翎鹏马昌期太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所创新实验室太原理工大学材料科学与工程学院

目前,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)的能量转换效率已经突破25.8%,但稳定性差限制了PSCs的产业化。研究表明,线性二胺类分子掺杂可以调控钙钛矿结晶,钝化缺陷从而提升器件性能,然而该类二胺类分子掺杂倾向于形成2D结构降低器件...

目前,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)的能量转换效率已经突破25.8%,但稳定性差限制了PSCs的产业化。研究表明,线性二胺类分子掺杂可以调控钙钛矿结晶,钝化缺陷从而提升器件性能,然而该类二胺类分子掺杂倾向于形成2D结构降低器件效率。鉴于此,本研究首先系统优化PbI和MACl比例后,使用低浓度BDACl(BDACl:FAI≤1.0 mol%)掺杂活性层制备PSCs,研究了BDACl掺杂对钙钛矿薄膜及电池效率和稳定性的影响。研究发现,合适比例的二胺分子掺杂活性层可以钝化钙钛矿薄膜表面的FA空位缺陷,减少电荷非辐射复合损失,且未形成2D结构钙钛矿,从而提升器件的效率和稳定性。基于最佳掺杂比例(0.2 mol%)的PSCs效率达到了24.12%(control组仅为22.47%),工作1500 h后保持80%以上初始效率(control组仅为43%)。这是由于BDACl抑制钙钛矿分解和α相向δ相的转变;并且有效阻止工作过程中Ag电极迁移对钙钛矿层的腐蚀。本报告将详细介绍线性二胺类分子对PSCs的性能和稳定性影响机理。

关键词：

来源： cnki会议评论

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功能材料 2015年第20期46卷 20057-20062页

作者：郝亚敏杨维佳闫翎鹏杨永珍刘旭光许并社太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原030024 太原理工大学新材料工程技术研究中心太原030024 太原理工大学化学化工学院太原030024

首先选用聚乙二醇(PEG)对水热法合成的粒径约200nm的ZnO球进行表面钝化,考察了PEG分子量、用量对ZnO薄膜形貌及光学性能的影响和PEG的能级结构;然后采用聚3-己基噻吩(P3HT)和最优参数PEG修饰前、后的ZnO纳米球共混旋涂来制备P3HT/ZnO复... 详细信息

首先选用聚乙二醇(PEG)对水热法合成的粒径约200nm的ZnO球进行表面钝化,考察了PEG分子量、用量对ZnO薄膜形貌及光学性能的影响和PEG的能级结构;然后采用聚3-己基噻吩(P3HT)和最优参数PEG修饰前、后的ZnO纳米球共混旋涂来制备P3HT/ZnO复合膜,利用原子力显微镜、紫外-可见分光光度计、荧光光谱分析仪考察PEG钝化修饰对复合膜形貌及光学性能的影响。结果表明,采用相对分子质量为6 000、用量为5%(质量分数)的PEG修饰ZnO时,制备的ZnO薄膜均一性最好;PEG修饰的ZnO与P3HT具有良好的能级匹配性;P3HT与PEG修饰后的ZnO形成的复合膜表面规整且缺陷较少,而且在可见光区的光吸收作用增强,荧光猝灭现象加剧,表明PEG修饰增加了ZnO和P3HT的接触面积,促进了界面间的电荷转移。

关键词：聚乙二醇 ZnO 复合膜光学性能

聚合物:富勒烯薄膜光伏电池的反常高温热稳定性研究

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高分子学报 2021年第4期52卷 350-362,I0002页

作者：闫翎鹏赵文盛杨永珍王华刘旭光马昌期太原理工大学新型碳材料研究院晋中030600 新材料界面科学与工程教育部重点实验室(太原理工大学) 太原030024 中国科学院苏州纳米技术与纳米放生研究所印刷电子研究中心苏州215123 太原理工大学轻纺工程学院晋中030600

聚合物太阳能电池光电转换效率已接近商业化要求,但稳定性差却成为其实用化瓶颈因素.高温暴晒是聚合物太阳能电池实用化必须面临的环境,因此提高聚合物太阳能电池的热稳定性至关重要.本文以典型的Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl(P3HT):... 详细信息

聚合物太阳能电池光电转换效率已接近商业化要求,但稳定性差却成为其实用化瓶颈因素.高温暴晒是聚合物太阳能电池实用化必须面临的环境,因此提高聚合物太阳能电池的热稳定性至关重要.本文以典型的Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl(P3HT):[6,6]-Phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PC61BM)基聚合物太阳能电池为研究模型,考察其在不同加热温度下(50~110℃)持续工作时的器件效率变化行为,结果发现电池在高温下表现出一种非常规的性能衰减再回升的行为,具体表现为高温下电池首先表现指数式急速衰减(20%~25%),随后发生反常的性能快速恢复至接近初始效率,之后电池保持超长的高温稳定性.光学显微镜和激光光束诱导电流成像结果证明,顶电极覆盖可以有效抑制活性层中PC61BM的聚集结晶,因而电池的反常热诱导稳定性提升与PC61BM的大量聚集结晶无关.活性层薄膜的紫外可见吸收光谱和器件外量子效率的表征结果证明,持续高温加热没有促进PC61BM二聚体的形成,反而有利于PC61BM二聚体的解离.综合实验分析结果,推测PC61BM在光照下的快速二聚反应及其高温解离是导致电池表现出反常热稳定性提升行为的主要原因.实验结果揭示了初期制备的聚合物太阳能电池实际处于一种亚稳态,对器件进行短暂的前期热退火有利于稳定活性层结构,消除亚稳态,有效提升器件稳定性.本研究工作不仅对富勒烯基聚合物太阳能电池的热诱导反常稳定性提升机理机制给出了解释,而且提供了一种提高聚合物太阳能电池稳定性的新策略.

关键词：聚合物太阳能电池热稳定性衰减亚稳态富勒烯