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oe1(光电查) - 科学论文

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  • PVP包覆的ZnO纳米粒子对电荷传输性能的增强及其对P3HT/PCBM聚合物太阳能电池性能的影响

    摘要： 我们尝试对溶胶-凝胶法合成的氧化锌纳米颗粒（NPs）进行表面改性，通过添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP）将其应用于体异质结聚合物太阳能电池（PSCs）作为电子传输层（ETL）。通常，由于氧空位会捕获电子，ZnO NPs存在陷阱位点从而降低PSCs性能。我们制备了六种不同PVP:Zn比例（0.615克、1.230克、1.846克、2.460克、3.075克和3.690克）的样品进行表面改性，发现基于P3HT/PCBM的PSCs最佳PVP:Zn比例为2.460克。与未包覆ZnO的PSCs相比，采用PVP包覆ZnO制备的PSCs功率转换效率（PCE）显著提升约21%，并表现出优异的空气稳定性。

    关键词： 氧化锌、聚合物太阳能电池、聚乙烯吡咯烷酮、表面调制、氧气、体异质结、聚乙烯基吡咯烷酮

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 给体-受体相互作用和溶剂添加剂对体异质结聚合物太阳能电池垂直组分分布的影响

    摘要： 已知体异质结（BHJ）光活性层的垂直组分分布对聚合物太阳能电池的光伏性能具有显著影响。然而，BHJ薄膜的垂直组分分布演化规律仍不明确。本研究采用中子反射技术系统考察了三种由聚合物给体PBDB-T分别与三类受体（富勒烯受体PCBM、小分子受体ITIC和聚合物受体N2200）构成的BHJ薄膜体系，探究给体-受体相互作用及溶剂添加剂对垂直组分分布的影响。结果表明：三种BHJ薄膜在体相区域均呈现均匀的垂直组分分布，但在近表面区域存在显著差异——这种差异源于给体与受体组分间不同的排斥作用、相容性及相分离行为（通过Flory-Huggins相互作用参数χ的测量得以证实）。此外，溶剂添加剂1,8-二碘辛烷（DIO）能诱导更显著的垂直组分分布，尤其在非富勒烯受体基BHJ薄膜中表现突出。这种调控最终使倒置太阳能电池实现了更高的光电转换效率，其机理在于促进了活性层电荷传输、改善了电极载流子收集效率并抑制了BHJ太阳能电池中的电荷复合。

    关键词： 弗洛里-哈金斯相互作用参数χ，体异质结，中子反射法，聚合物太阳能电池，垂直组分分布

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 基于二噻吩并硅杂环戊二烯和吩恶嗪的A-D-A结构小分子材料对体异质结及无掺杂钙钛矿太阳能电池的影响

    摘要： 本研究中，我们基于二噻吩并硅杂环戊二烯（DTS）构建单元，设计并合成了一种新型给体-受体-给体（A-D-A）结构小分子Si-PO-2CN，其两侧连接富电子吩恶嗪（POZ）单元并以二氰乙烯基封端，展现出独特的电化学与光物理性质。该分子成功应用于钙钛矿太阳能电池（PSCs）及体异质结有机太阳能电池（OSCs）。以无掺杂Si-PO-2CN作为空穴传输材料（HTM）制备的PSCs实现了14.1%的功率转换效率（PCE，活性面积1.02 cm2）。此外，当Si-PO-2CN作为p型给体材料与PC71BM受体共混时，OSCs获得了5.6%的PCE。Si-PO-2CN的多功能应用为基于DTS构建单元的太阳能电池新材料设计提供了实施路径。

    关键词： A-D-A结构、无掺杂钙钛矿太阳能电池、体异质结、吩恶嗪、小分子材料、二噻吩并硅杂环戊二烯

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 基于含卟啉侧链新型无规共聚物的高效聚合物太阳能电池

    摘要： 设计并合成了两种含卟啉侧链的新型宽带隙嵌段共聚物（PL1和PL2），作为溶液加工型体异质结聚合物太阳能电池的电子给体材料。系统研究了这两种嵌段共聚物的光物理性质、电化学特性、光伏性能、电荷迁移率及薄膜形貌。详细分析表明：卟啉侧链上不同烷基基团与吸电子取代基对聚合物溶解性、吸收能级、带隙宽度以及体异质结薄膜中的电荷分离过程具有显著影响，进而决定整体光伏性能。当这些共聚物与受体材料([6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯)(PC71BM)共混时，所得有机光伏器件的最高功率转换效率分别达到5.83%和7.14%。研究证明：在传统给体-受体(D-A)型聚合物中引入特定比例的卟啉侧链基团可拓宽分子吸收范围，形成全色吸收分子，且卟啉侧链的尺寸对材料性能具有显著影响。

    关键词： 嵌段共聚物、有机光伏、聚合物太阳能电池、体异质结、卟啉

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • [纳米科学前沿] 纳米结构薄膜 第14卷 || 太阳能电池用杂化薄膜的光谱与电学特性

    摘要： 第三代太阳能电池的设计旨在通过溶液沉积技术制备薄膜太阳能电池，并获得高效能的太阳能电池。目前已知的溶液相制备太阳能电池主要有两种类型：(1) 多层结构电池和(2) 体异质结(BHJ)太阳能电池。多层结构太阳能电池采用逐层沉积半导体材料的方式制备，而BHJ太阳能电池则是将两种半导体材料混合于同一溶剂中，然后沉积在导电玻璃基底上。与多层结构相比，BHJ方法能缩短两种材料间的电子传输路径。BHJ太阳能电池的一种溶液制备工艺是聚合物-纳米晶BHJ(或称杂化)太阳能电池。这种杂化BHJ太阳能电池通过将导电聚合物与无机胶体纳米晶混合制备，从而结合了有机与无机纳米晶半导体材料的特性。在此过程中，杂化BHJ太阳能电池的性能受纳米晶的形貌、溶解度及表面修饰影响——这些特性被认为会影响纳米晶在聚合物基质中的复合效果。

    关键词： 体异质结、电荷传输、配体交换、太阳能电池、纳米晶体、薄膜、聚合物

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 探索用于太阳能电池的PBDB-T:ITIC混合活性层中的烷基硫醇添加剂

    摘要： 已制备出体异质结非富勒烯PBDB-T:ITIC共混聚合物太阳能电池。通过一系列烷基硫醇添加剂（1,3-丙二硫醇、1,4-丁二硫醇和1,8-辛二硫醇）优化了以PBDB-T为给体、ITIC为受体的活性层。研究发现给体与受体会形成具有不同晶畴的相分离结构。这些添加剂能有效重组形貌，在ITIC晶畴中延长分子有序排列并增大关联长度，从而改善激子的产生与解离过程并降低电荷复合。器件功率转换效率从8.13%显著提升至9.44%。本研究表明，烷基硫醇添加剂的应用是提升聚合物/非富勒烯共混体系太阳能电池性能的简便有效方法。

    关键词： 溶剂添加剂、体异质结（BHJ）聚合物/非富勒烯太阳能电池、形貌、结晶

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 通过合理设计体异质结电子传输层增强倒置钙钛矿太阳能电池的近红外光响应

    摘要： 如何将钙钛矿太阳能电池（PVSCs）的光电响应范围拓展至近红外（NIR）/红外光区，从而更高效地利用太阳辐射，已成为该领域极具吸引力的研究课题。本研究系统优化了倒置结构PVSC中典型的富勒烯电子传输层（ETL），以增强器件的近红外光电响应。通过向富勒烯ETL中引入低带隙非富勒烯受体（NFA），旨在拦截穿透器件的近红外光。然而，尽管该混合NFA能与富勒烯形成II型电荷转移，却因近红外光激发态解离效率低下而无法提升器件性能。研究发现，添加p型聚合物可有效解决该问题。三元体异质结（BHJ）ETL通过优化能级级联排列和提升空穴迁移率，显著增强了器件的近红外响应特性。进一步调控该BHJ ETL的形貌后，最终器件在800 nm波长处实现了40%的外量子效率，光电响应范围延伸至950 nm近红外区，贡献了约9%的总光电流。本研究揭示了一种提升倒置PVSC近红外响应的高效简易方法。

    关键词： 体异质结、电子传输层、倒置钙钛矿太阳能电池、非富勒烯受体、近红外光响应

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 退火处理对光伏用PCDTBT:石墨烯杂化结构光学和电学性能的影响

    摘要： 已制备出氧化铟锡（ITO）/聚[N-9'-十七烷基-2,7-咔唑-alt-5,5-(4,7-二-2-噻吩基-2',1',3'-苯并噻二唑)]（PCDTBT）：石墨烯/铝结构。通过特定制备方法，成功将可膨胀氧化石墨烯分散于有机溶剂（N,N-二甲基甲酰胺，DMF）中获得氧化石墨烯，并将其插入PCDTBT基质中。研究了PCDTBT:石墨烯薄膜退火处理对光学和电学性能的影响。结果表明退火处理对光电特性具有显著影响：紫外-可见（UV-Vis）光谱显示光捕获能力增强且聚合物链有序堆叠度提高；光致发光结果表明150°C热处理导致约10 nm红移，与聚合物链共轭长度增加相关。计算了串联电阻（Rs）、理想因子（n）和势垒高度（/b）等电学参数，发现热退火显著降低了串联电阻Rs和势垒高度值/b。这些结果表明退火处理改善了有源层中的载流子传输现象。此外，Log(J)-Log(V)曲线表明电荷传输受空间电荷限制电流机制支配，有效载流子迁移率（leff）量级为10?? cm2/V。

    关键词： 退火处理，混合结构，PCDTBT，氧化石墨烯，体异质结，纳米复合材料

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 结合有机吸光层与电荷传输氧化物的溶液法制备光电晶体管，用于可见光至红外光探测

    摘要： 本报告展示了一种高性能红外光电晶体管，其采用宽带吸收有机体异质结（BHJ）层，响应范围覆盖可见光至短波红外（500纳米至1400纳米）。该器件结构基于双层晶体管沟道，实现了光生电荷与电荷传输的解耦，使两个过程可独立优化。通过掺入高极化性添加剂樟脑（可延长载流子寿命），有机BHJ层性能得到提升。同时采用高电子迁移率的氧化铟锌传输层以实现快速电荷传输。最终该光电晶体管在20纳瓦/平方厘米的低功率光照下，实现了127分贝的动态范围和5×1012琼斯级的比探测率，在1300纳米以下光谱范围内性能超越商用锗光电二极管。光电器件指标通过施加电压、入射光功率和时间带宽进行测量，证实其可在50赫兹视频帧率下工作。特别分析了光电晶体管特性随频率和光照的变化规律，以理解不同工作条件下光电导增益的改变机制。

    关键词： 短波红外、光电晶体管、氧化铟锌、体异质结、载流子寿命、半导体聚合物、樟脑

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 梯形非环芳烃双(噻吩并[3,2-b]噻吩并)环戊二烯并芴作为非富勒烯受体的有前途构建单元

    摘要： 通过将噻吩并噻吩与芴核从9,9-二辛基-2,7-双(噻吩并[3,2-b]噻吩-2-基)芴-3,6-二羧酸二甲酯合成子出发进行融合，设计并合成了梯形非环芳烃（双(噻吩并[3,2-b]噻吩)环戊芴(BTTF)）。以BTTF作为中心给体单元，采用1,1-二氰亚甲基-3-茚满酮(IC)作为外围受体单元，制备了一种新型受体-给体-受体(A-D-A)型非富勒烯小分子(BTTFIC)。BTTFIC的最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)能级分别位于-5.56和-3.95 eV，呈现出1.58 eV的低光学带隙。令人鼓舞的是，基于BTTFIC与典型宽/窄带隙聚合物给体(PBDB-T，1.82 eV；PTB7-Th，1.58 eV)共混的聚合物太阳能电池实现了超过8%的功率转换效率（PBDB-T:BTTFIC为8.78±0.18%，PTB7-Th:BTTFIC为8.18±0.29%）。这些结果凸显了梯形BTTF在制备具有扩展共轭骨架的非富勒烯受体方面的优势。

    关键词： 梯形芳烃、非富勒烯受体、体异质结、聚合物太阳能电池、多环芳烃

    更新于2025-09-04 15:30:14