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有机太阳能电池

科学 2016年第3期68卷 20-24页

作者：黄飞张凯华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室

有机太阳能电池是一类以有机半导体材料为光活性层的光电转换装置。由于有机半导体材料特别是聚合物半导体材料可通过溶液加工方式制备大面积、低成本、柔性太阳能电池,有机太阳能电池在移动电子充电设备、车载半透明光伏发电玻璃窗、... 详细信息

有机太阳能电池是一类以有机半导体材料为光活性层的光电转换装置。由于有机半导体材料特别是聚合物半导体材料可通过溶液加工方式制备大面积、低成本、柔性太阳能电池,有机太阳能电池在移动电子充电设备、车载半透明光伏发电玻璃窗、太阳能光伏-建筑物一体化等领域都有着巨大的应用潜力。

关键词：有机太阳能电池溶液加工大面积低成本柔性可折叠

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有机太阳能电池的设计策略:材料和器件

Science Bulletin 2023年第23期68卷 2910-2914页

作者：韩亮何凤 Shenzhen Grubbs Institute and Department of Chemistry Southern University of Science and TechnologyShenzhen 518055China

With the huge consumption of traditional fossil energy and the consequent environmental and economic pressure,the development of a new energy that is cheap,green and rich has become an urgent issue for human society.Solar energy is a kind of abundant green renewable energy,and the technology of solar cells that can convert solar energy into electric energy is one of the effective ways to solve the energy and environmental crisis.

关键词：有机太阳能电池 Solar convert

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

有机太阳能电池内分子间载流子复合动力学研究

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计算物理 2023年

作者：李冲王美姣葛琳曹连振潍坊学院物理与电子信息学院

基于载流子复合对有机太阳能电池光伏效率的重要影响，采用扩展的Su-Schrieffer-Heeger紧束缚模型结合非绝热量子动力学方法，对有机太阳能电池内的分子间载流子复合动力学进行了理论研究。首先，模拟并揭示了正、负载流子在给/受体界... 详细信息

基于载流子复合对有机太阳能电池光伏效率的重要影响，采用扩展的Su-Schrieffer-Heeger紧束缚模型结合非绝热量子动力学方法，对有机太阳能电池内的分子间载流子复合动力学进行了理论研究。首先，模拟并揭示了正、负载流子在给/受体界面处的分子间电荷复合动力学过程，发现分子间的载流子复合表现为分数电荷复合并伴随能量的损失。随后，研究了体系带阶Δ、电场、热效应和受体分子的聚集对分子间载流子复合动力学的影响。结果表明：体系带阶Δ表现为载流子的复合势垒，带阶越大越利于抑制载流子的复合。电场可以通过诱导正、负电荷的空间离域来抑制载流子的复合，特别是，当电场足够强时可以将复合的电荷转移态解离为自由载流子。热效应会引起给/受体材料在位能的随机涨落，降低载流子的复合势垒，进而加剧载流子的复合。受体分子的聚集会诱导电子在受体分子之间的扩展，增大界面处正、负电荷中心的距离，从而抑制载流子的复合。

关键词：有机太阳能电池电荷转移态载流子复合能量损失

有机太阳能电池PEDOT∶PSS空穴传输层及其改性的研究进展

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材料导报 2021年第3期35卷 3204-3208页

作者：张意晨徐海涛赵春辉南昌航空大学材料与科学工程学院南昌330063

有机太阳能电池具有低成本、轻量化、柔性化等优点,是未来对太阳能合理有效利用的最佳方式之一。空穴传输层作为有机太阳能电池的关键组成部分,具有调节OSCs活性层与电极间的能级势垒、提高空穴载流子的收集与传输、OSCs的稳定性与光伏... 详细信息

有机太阳能电池具有低成本、轻量化、柔性化等优点,是未来对太阳能合理有效利用的最佳方式之一。空穴传输层作为有机太阳能电池的关键组成部分,具有调节OSCs活性层与电极间的能级势垒、提高空穴载流子的收集与传输、OSCs的稳定性与光伏转换效率的作用。聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)是目前广泛使用的有机太阳能电池空穴传输层材料,具有可溶液加工、高透光性、能级匹配等突出优点,但同时也存在电导率低、腐蚀电极、水/氧敏感等缺陷。目前针对PEDOT∶PSS缺陷的改性方法主要有通过使用有机溶剂或酸处理,减弱PEDOT与PSS间的相互作用,促进PEDOT与PSS相分离提高电导率,以及掺杂高导性材料、离子液体和盐等方式提高PEDOT∶PSS的介电常数;引入交联剂等方式提高PEDOT∶PSS的疏水性,降低吸水性倾向;PEDOT∶PSS显酸性,而在PEDOT∶PSS与电极间插入修饰层,可避免PEDOT∶PSS与电极直接接触引起电极的腐蚀。本文综述了近年来改善PEDOT∶PSS电导率、酸性以及水和空气敏感性的各种方法:掺杂、复合及补充修饰层等后处理方法。目前改性方法虽然可以克服PEDOT∶PSS存在的某一缺陷,但不同后处理工艺差别巨大,工艺通用性受到限制。同时,本文还讨论了改性PEDOT∶PSS与电池性能之间的关系,阐述了PEDOT∶PSS的改性原则;提出在制备阶段调控PEDOT与PSS的相分离的前处理方法且该方法可以改善PEDOT∶PSS膜的形貌与均匀性,亦可弥补目前的后处理方法的不足,以及改变PEDOT链的构象,来克服PEDOT∶PSS低电导率、水和空气敏感、腐蚀电极等缺陷,促进基于PEDOT∶PSS有机太阳能电池大面积生产工艺的产业化。

关键词：有机太阳能电池空穴传输层聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐改性

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有机太阳能电池专刊

高等学校化学学报 2023年第9期44卷 I0001-I0004页

面对即将到来的化石能源危机,发展可再生能源技术是最直接有效的应对途径。当前,光伏发电是代表性的绿色可持续能源技术。随着技术的进步和升级,作为第三代光伏技术的代表之一,有机太阳能电池以其制造简单、灵活性强、重量轻及带隙可调... 详细信息

面对即将到来的化石能源危机,发展可再生能源技术是最直接有效的应对途径。当前,光伏发电是代表性的绿色可持续能源技术。随着技术的进步和升级,作为第三代光伏技术的代表之一,有机太阳能电池以其制造简单、灵活性强、重量轻及带隙可调等独特优势受到了学术界和工业界的广泛关注。经过多年的发展,有机太阳能电池单结器件的能量转换效率已接近20%,而串联结构的能量转换效率已超过20%,已经在光伏建筑一体化、可穿戴便携式设备、新能源汽车及物联网等领域展现出广阔的应用前景。

关键词：有机太阳能电池能量转换效率光伏技术光伏发电光伏建筑一体化便携式设备能源技术新能源汽车

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有机太阳能电池电子传输层材料研究进展

材料导报 2020年第11期34卷 11081-11089页

作者：杨飞周丹秦元成徐海涛张余宝张芹谢宇李明俊南昌航空大学环境与化学工程学院南昌330063 南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063 南昌航空大学测试与光电工程学院南昌330063

随着人类社会的不断进步和科学技术的迅猛发展,太阳能作为一种可再生能源在如今资源匮乏的年代备受关注。太阳能具有成本低廉、储量丰厚、利用简单等诸多优点,吸引了众多学者竞相研究探索。有机太阳能电池作为新一代固态薄膜电池,因其... 详细信息

随着人类社会的不断进步和科学技术的迅猛发展,太阳能作为一种可再生能源在如今资源匮乏的年代备受关注。太阳能具有成本低廉、储量丰厚、利用简单等诸多优点,吸引了众多学者竞相研究探索。有机太阳能电池作为新一代固态薄膜电池,因其可溶液加工、卷对卷印刷和打印制备成柔性器件,向已经商业化但价格昂贵的无机硅太阳能电池发起了革命性的挑战。在现阶段,有机太阳能电池还存在稳定性相对较弱和光电转换效率相对偏低两方面的缺陷。尽管已报道的有机太阳能电池的光电转换效率已经达到16.70%,但离商业化生产还有很大距离。电子传输层在器件中发挥着重要的作用,对有机太阳能电池的光电转换效率和稳定性有重要影响。目前,应用于有机太阳能电池的电子传输层材料主要为金属氟化物、n型金属氧化物、有机小分子类、聚合物电解质类和富勒烯类等。在众多电子传输层材料中,有机类电子传输层因其结构可调、可溶液加工、便于大面积印刷等优势而备受关注。本文对有机类电子传输层材料进行了归纳总结,包含聚芴类、聚噻吩类、苝酰亚胺类、富勒烯类。通过阐述已有的研究进展,对比分析各种电子传输层材料的优劣,展望电子传输层材料的发展趋势和研究前景。

关键词：有机太阳能电池电子传输层材料界面工程

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有机太阳能电池阴极界面层概述

材料导报 2018年第13期32卷 2143-2150页

作者：周丹秦元成徐海涛李明俊南昌航空大学环境与化学工程学院南昌330063 南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330063

体相异质结聚合物太阳能电池因具有质轻、柔韧性好、便于大面积印刷等优点引起了越来越多的关注。近年来,聚合物太阳能电池取得了较大的进步。然而,聚合物太阳能电池要实现商业化大面积制备还需要解决一些科学问题,如电荷的分离、传输... 详细信息

体相异质结聚合物太阳能电池因具有质轻、柔韧性好、便于大面积印刷等优点引起了越来越多的关注。近年来,聚合物太阳能电池取得了较大的进步。然而,聚合物太阳能电池要实现商业化大面积制备还需要解决一些科学问题,如电荷的分离、传输和收集效率低等。良好的界面接触对提高器件性能至关重要。本文综述了聚合物太阳能电池界面层的作用及分类,包括无机类、富勒烯类、水/醇溶性中性共轭聚合物、水/醇溶性离子型共轭聚合物电解质、超支化小分子和苝酰亚胺衍生物。

关键词：有机太阳能电池界面工程阴极界面层

有机太阳能电池小分子给体材料的合成及器件制备

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有机太阳能电池小分子给体材料的合成及器件制备

作者：李丹丹中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)

学位级别：硕士

太阳能是重要的清洁能源。近年来,如何高效利用太阳能资源的研究推动了新兴光伏技术在效率和稳定性优化方面的发展。有机太阳能电池(OSCs)引入有机半导体作为活性层,利用其具有材料来源广泛等优点,可以实现低成本回收可再生能源。相较... 详细信息

太阳能是重要的清洁能源。近年来,如何高效利用太阳能资源的研究推动了新兴光伏技术在效率和稳定性优化方面的发展。有机太阳能电池(OSCs)引入有机半导体作为活性层,利用其具有材料来源广泛等优点,可以实现低成本回收可再生能源。相较于聚合物给体材料,小分子给体(SMDs)具有批次稳定性、较好的重现性以及确定的结构式等特点,表现出巨大的应用潜力。本论文将围绕SMDs研究侧链工程和端基工程对其光伏性能的影响,具体如下:1.采用苯并二噻吩(BDT)作为中心给电子单元,通过改变BDT单元苯基侧链上的杂原子烷基链来设计合成了两个小分子给体BDT-S和BDT-O。从一个单原子O到S的变化,BDT-S及其共混膜表现出更高且蓝移的光谱吸收峰和光致发光(PL)发射峰,这是该器件表现出高电流的原因之一。除此之外,由于S原子具有较弱的吸电子能力,BDT-S表现出较为合适的分子间π-π堆积和分子结晶性。其混合薄膜不会因为分子间过强的结晶性而破坏薄膜形貌并导致过大的相分离和聚集尺寸。因此,在相同后处理条件下,基于BDT-S:Y6-BO的器件表现出较高的器件效率。与此同时,添加少量的1,8二碘辛烷(DIO)作为溶剂添加剂可以有效地调控分子的结晶性,进而使薄膜形貌得到优化,器件性能得到提升。当添加溶剂体积比为0.25%的DIO时,基于BDT-S:Y6-BO的ASM-OSCs表现出14.30%的高光电转化效率(PCE)和25.14 m A cm的高短路电流密度(J),而基于BDT-O:Y6-BO的器件PCE为12.06%,J为23.07 m A cm。这可以归因于基于BDT-S的共混膜具有更加明显的face-on取向,更好的纳米级互穿网络和相分离形貌,以及更高且平衡的电荷传输特性。这可以说明,利用中心核侧链的杂原子修饰是一种有效的结构设计策略,可以用于合成高性能的有机小分子给体材料。2.采用苯并二呋喃(BDF)作为中心给电子单元,分别使用氰基乙酸酯和罗丹宁作为端基单元设计合成了两个小分子给体材料BDF-1和BDF-2。结果表明,相较于BDF-2,BDF-1具有更加蓝移的光谱吸收峰和PL发射峰,更窄的带隙、更合适的分子结晶度以及与受体材料Y6之间具有更好的混溶性。从理论计算结果中可知,BDF-1具有更好的平面共轭性。因此基于BDF-1的ASM-OSCs表现出9.24%的PCE,其中J为19.57 m A cm,填充因子(FF)为53.77%。而基于BDF-2的器件表现出5.42%的PCE,同时J为16.23 m A cm,FF为37.09%。其中高J源自于BDF-1和Y6之间具有更好的互补吸收光谱、电致发光效率和与受体共混后的淬灭效率以及其共混膜表现出更为合适的相分离和聚集尺寸;高FF来自于BDF-1和Y6之间具有更小的界面张力,更好的混溶性和更强的分子间作用力。这表明,采用弱吸电子单元氰基乙酸酯作为端基可以有效改善分子的平面性、结晶性和光物理性质。本论文通过侧链修饰和端基修饰两种策略可以有效调节分子平面性、光谱吸收、能级分布和分子结晶性,进而影响了器件性能,为设计合成新型SMDs提供新的思路。

关键词：有机太阳能电池小分子给体苯并二噻吩苯并二呋喃