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利用多模态分析透射电子显微镜解析三元有机太阳能电池的复杂纳米形貌
摘要: 阐明三元有机太阳能电池活性层中复杂的材料分布是有机光伏领域面临的最大挑战之一。了解纳米形貌对于理解光物理过程(如电荷分离、复合机制的调节以及无辐射和能量损失的抑制)从而提升器件性能至关重要。本研究首次通过分析型透射电子显微镜成功实现了三元有机太阳能电池活性层组分的区分与空间定位。利用互补的电子能量损失信号进行多模态成像,成功可视化了全部三种有机组分的空间分布。通过研究横向与截面形貌以及聚合物混合比例相关的形貌演变,我们获得了完整的形态学认知图景。最终建立了三元体系与参比二元体系在形貌、光物理过程及器件性能之间的关联,阐明了两者间功率转换效率(PCE)差异的成因。
关键词: 器件性能、能量过滤透射电子显微镜(EFTEM)、形貌、透射电子显微镜(TEM)、三元有机太阳能电池
更新于2025-09-23 15:21:01
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两种供体异构体通过非共价构象锁定形成的理想合金用于三元有机太阳能电池
摘要: 基于合金模型的三元有机太阳能电池(OSCs)通过形态学优化同步提升光电流、并通过能级调控提高开路电压(Voc),在最大化器件性能改进方面具有巨大潜力。然而,合理设计兼容材料并构建有效合金仍具挑战。本研究设计合成了两种供体异构体BT-TO-ID和BT-OT-ID(其烷氧基团通过非共价构象锁定于不同位置),以获得"理想合金"。当组分在全范围内变化时,观测到三元共混物开路电压在二元共混物电压极限间呈线性可调,证实了三元共混物呈现理想合金特性。由于两种异构体间强相互作用,三元共混物中观察到面朝分子堆积与适宜相分离,这促进了电荷传输并抑制电荷复合。与基于BT-OT-ID的二元器件相比,三元共混器件性能分别获得76%和29%的显著提升。因此,本研究为三元OSCs中构建有效合金提供了潜在的分子设计策略。
关键词: 开路电压,非共价构象锁定,合金模型,器件性能,分子堆积,相分离,三元有机太阳能电池,给体异构体
更新于2025-09-23 15:21:01
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硅作为石墨烯衍生物中普遍存在的污染物,对器件性能具有显著影响
摘要: 天然石墨中普遍存在硅基杂质。然而这些杂质作为剥离石墨烯中的污染物及其对器件的影响一直被忽视。本研究通过原子级分辨率显微镜揭示了多种溶液法制备石墨烯上存在的硅基污染。我们发现这些杂质具有极强的顽固性,因此采用高纯度石墨作为前驱体是制备无硅石墨烯的唯一途径。这些杂质会阻碍石墨烯在表面积至关重要的应用中的有效利用。当使用无污染石墨烯制备超级电容器微电极时,可获得最接近理论预测值的石墨烯电容值。我们还展示了一种由纯氧化石墨烯制成的多功能湿度传感器,其灵敏度和检测限均达到有史以来最高水平。这些发现为实现商业化可行且高性能的石墨烯器件奠定了重要里程碑。
关键词: 器件性能、超级电容器、石墨烯、湿度传感器、硅污染
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于上海光源掠入射X射线衍射技术揭示钙钛矿薄膜界面工程与成膜机制助力高效太阳能电池
摘要: 有机-无机杂化钙钛矿作为极具前景的光捕获材料,近期已成为光伏领域科研与开发的热点。特别是金属卤化物钙钛矿,凭借超过25%的认证效率记录,目前已成为制备太阳能电池最具竞争力的候选材料之一。尽管效率优异,但许多基础问题仍未阐明,需从材料和器件层面解决——如稳定性较弱、重现性较差、易受水氧及热因素影响而降解等。最新研究表明,界面工程对调控载流子行为和生长高质量无缺陷钙钛矿晶体至关重要,从而有助于提升器件性能与运行稳定性。然而,载流子传输层与钙钛矿活性层间的界面相互作用机制尚未得到足够重视。深入探究钙钛矿界面并明确其界面结构与器件效率及迟滞效应的关联已迫在眉睫。 依托上海同步辐射光源(SSRF),我们建立了先进的钙钛矿光伏器件制备与原位测试系统,基于离线/在线掠入射X射线衍射(GIXRD)技术发展了一系列特色表面衍射分析方法,并报道了大量关于钙钛矿光伏薄膜结晶行为的同步辐射新成果。我们的核心研究旨在通过同步辐射GIXRD技术,结合定制微型在线手套箱(水氧含量<c(H2O,O2)<1 ppm)及温湿度控制设备,深度原位解析钙钛矿薄膜生长动力学,为高性能钙钛矿太阳能电池的设计制备提供坚实理论基础与方向指引。此外,未来研究必须将原位GIXRD与同步辐射束线站常规表征方法联用的多功能联合表征技术提上日程,这将极大促进对钙钛矿异质结薄膜成核、微晶化及降解机制更全面直观的理解,进而从分子层面优化功能材料的化学合成策略。
关键词: 生长动力学,钙钛矿太阳能电池,器件性能,掠入射X射线衍射,在线研究
更新于2025-09-23 15:19:57
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二苯并呋喃基双极主体材料的区域异构体效应对黄色磷光OLED器件性能的影响
摘要: 通过经典的交叉偶联反应,利用氰基芴和稠合二苯并呋喃合成了四种区域异构体作为磷光有机发光二极管(PhOLEDs)的双极主体材料,并易于纯化。为实现双极主体材料,选择氰基取代的芴作为n型单元,二苯并呋喃作为p型单元。以铱(III)双(4-苯基噻吩并[3,2-c]吡啶-N,C20)乙酰丙酮[PO-01]为磷光发射体制备了黄色PhOLEDs?;赱PO-01]的PhOLED实现了最大电流效率77.2 cd A?1和外量子效率25.3%;其中7-(二苯并[b,d]呋喃-2-基)-9,9-二甲基-9H-芴-2-甲腈(CF-2-BzF)主体具有最佳器件性能?;粕玃hOLEDs在1000 cd m?2下的色坐标分别为:(0.50, 0.50)(CF-1-BzF)、(0.50, 0.49)(CF-2-BzF)、(0.51, 0.49)(CF-3-BzF)和(0.50, 0.50)(CF-4-BzF)。
关键词: 区域异构体效应、磷光有机发光二极管、器件性能、双极主体材料、黄色磷光有机发光二极管
更新于2025-09-23 15:19:57
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用于有机发光二极管的芳香族酰亚胺/酰胺基有机小分子发光体
摘要: 有机电致发光材料在提升有机发光二极管(OLED)光电性能方面具有重要作用。芳香酰亚胺/酰胺类有机小分子发光体因其强吸电子特性、刚性结构及高荧光量子产率等独特性质日益受到关注。近年来芳香酰亚胺/酰胺半导体发展迅速,但专门针对其在OLED中应用的综述报道较少。本研究根据化学结构将芳香酰亚胺/酰胺分为马来酰亚胺(MAI)、邻苯二甲酰亚胺(PHI)、萘酰亚胺(NAI)、苝二酰亚胺(PDI)及其他酰亚胺/酰胺单元,从器件性能与分子设计规则角度总结了二十年来酰亚胺/酰胺类有机小分子发光体的研究进展,并探讨了其发光机理。本研究成果可为未来探索提供建设性指导,推动创新型酰亚胺/酰胺类发光体的进一步发展。
关键词: 芳香族酰亚胺/酰胺、有机小分子发光体、器件性能、有机发光二极管、分子设计
更新于2025-09-23 15:19:57
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β-Ga?O?单晶缺陷综述:其对器件性能的影响及形成机制
摘要: 作为宽禁带半导体(WBG),β-Ga2O3有望应用于功率电子器件和日盲紫外光电探测器。本综述总结了β-Ga2O3单晶中的缺陷,包括位错、空洞、孪晶和小尺寸缺陷,并探讨了它们对器件性能的影响。位错及其周边区域可能成为单晶肖特基二极管漏电流的通道,但并非所有空洞都会导致漏电流,目前尚无有力证据表明小尺寸缺陷会影响电学特性,掺杂杂质与漏电流也明确无关。最后分析了缺陷的形成机制:多数小尺寸缺陷由机械损伤诱发;螺位错源自亚晶界;刃位错位于略向(102)面倾斜的平面上,(101)面可能是滑移面;中空纳米管道、PNPs、NSGs及线状沟槽等空洞缺陷可能源于过量氧空位凝聚、微小气泡渗透或局部熔融回退;孪晶片层核化发生于晶体生长"肩部"初始阶段。这些研究结果有助于控制晶体缺陷产生并提升器件性能。
关键词: 形成机制、晶体缺陷、β-Ga2O3、器件性能
更新于2025-09-22 21:19:14
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溶液法制备的聚合物薄膜作为柔性钙钛矿太阳能电池的透明电极
摘要: 过去十年间,钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为新一代低成本可再生能源技术崭露头角。刚性氧化铟锡(ITO)/玻璃电极上的PSCs已实现超过25%的光电转换效率(PCE)。然而,基于柔性溶液法制备透明电极的PSCs至今仍具挑战。本研究报道了以溶液法制备的透明聚合物薄膜作为柔性溶液法PSCs的电极材料。该聚合物薄膜兼具优异光学透过率和良好导电性。与ITO/玻璃基底上16.60%的PCE相比,溶液法透明聚合物电极/玻璃基底上的PSCs获得13.36%的效率,而溶液法透明聚合物薄膜/聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性基底上的PSCs效率为10.16%。系统研究表明,溶液法透明聚合物电极较差的导电性及严重的界面载流子复合是导致效率偏低的主因。但我们的成果证实,采用溶液法聚合物薄膜作为透明电极为开发柔性PSCs提供了简便途径。
关键词: 高电导率、器件性能、柔性钙钛矿太阳能电池、透明电极、聚合物薄膜
更新于2025-09-19 17:13:59
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优化木质素磺酸接枝聚苯胺作为倒置CH<sub>3</sub>NH<sub>3</sub>PbI<sub>3</sub>钙钛矿太阳能电池的空穴传输层
摘要: 通过低温溶液法制备的木质素磺酸接枝、聚苯胺掺杂樟脑磺酸(LS-PANI-CSA)导电聚合物,被探索作为倒置单阳离子-阴离子CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的高效空穴传输层(HTL)。本研究通过采用二甲基亚砜(DMSO)作为处理溶剂来调控LS-PANI-CSA薄膜的形貌和功函数,从而优化了太阳能电池的性能。结果表明,DMSO洗涤增强了LS-PANI-CSA薄膜的电子性能并提高了其疏水性——这对钙钛矿生长至关重要。沉积在DMSO处理的LS-PANI-CSA层上的钙钛矿活性层比未处理的LS-PANI-CSA具有更高的结晶度(晶粒尺寸>5微米)、更均匀完整的表面覆盖、极低的针孔密度和PbI2残留。这些改进带来了更高的器件性能和稳定性。当采用15纳米厚度的DMSO处理LS-PANI-CSA作为HTL时,在ITO/LS-PANI-CSA/MAPbI3/PCBM/BCP/Ag倒置器件结构中获得了10.8%的最高光电转换效率。这相比未处理LS-PANI-CSA基器件(5.18%)有显著提升,也略优于PEDOT:PSS基器件(9.48%)。此外,基于处理后LS-PANI-CSA的钙钛矿器件相比未处理LS-PANI-CSA和PEDOT:PSS HTL基器件展现出更高的稳定性。
关键词: 稳定性、空穴传输层、疏水性、钙钛矿太阳能电池、器件性能、功函数、木质素磺酸接枝聚苯胺、DMSO处理、导电聚合物
更新于2025-09-16 10:30:52
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通过在同一界面结合互补发射构建白光有机发光二极管的新策略
摘要: 在这项工作中,我们提出了一种利用全激基复合物发射构建白光有机发光二极管(WOLEDs)的新策略。该策略只需在垂直方向上于同一激基复合物给体层上依次沉积多个激基复合物受体层即可制备白光器件,通过在同一激基复合物给体层界面实现互补型激基复合物发射来形成白光?;诖诵虏呗?,我们展示了在同一激基复合物给体层上采用不同激基复合物受体层阵列排列的一系列WOLEDs。其中在相同激基复合物给体层上设置二分蓝黄激基复合物受体层的器件实现了显色指数高达71的优质双色白光发射,并获得3.17 cd A?1的高电流效率。此外,通过简单改变同一激基复合物给体层上不同激基复合物受体层的阵列排列方式,即可调控和优化白光器件的发射光谱与器件性能。更重要的是,该新策略能有效解决采用界面激基复合物实现多色白光发射时引发的界面问题,为制备全激基复合物发射WOLEDs提供了新途径。
关键词: 激基复合物发射、器件性能、显色指数、白光有机发光二极管、电流效率
更新于2025-09-16 10:30:52