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2016年欧洲显微镜学大会：会议录 || 利用三维电子显微镜揭示小分子太阳能电池中的相分离与结晶性
摘要： 透射电子显微镜（TEM）可用于解析有机体异质结（BHJ）太阳能电池的形貌特征，从而助力器件性能优化。我们先前研究表明，在小分子BHJ层共蒸镀过程中会出现相分离和结晶化现象[1]。通过电子谱成像（ESI）[2]与电子衍射技术发现：在F4ZnPc:C60 BHJ制备过程中，基底材质与基底温度对光活性层形貌具有显著影响。器件采用倒置结构[3]或常规结构会影响晶体生长方式，进而改变成膜过程中的相分离行为。研究发现，BHJ薄膜制备时加热基底可提升倒置器件的效率，但对常规器件无改善效果。虽然ESI检测显示基底加热促进了两种材料的分相，但该现象无法解释不同器件架构的效率差异。电子衍射数据表明结晶度在此起关键作用。 由于常规ESI与电子衍射仅能提供BHJ层二维投影的材料分布与结晶度信息，我们采用高分辨电子断层扫描技术来解析三维结构。分别将F4ZnPc:C60共蒸镀于纯F4ZnPc和C60基底上，在FEI Titan Krios电镜中通过低剂量与液氮冷冻条件进行测量——这对?；ぱ罚ㄓ绕涫瞧浣峋Ф龋┲凉刂匾蛭蓟牧希ㄈ鏑60）极易受电子辐照损伤。图1展示了C60基底BHJ的明场TEM图像（黑色标记的金标点用于倾斜序列校准），所有倾斜序列图像均显示如(A,B,C)标记的结晶区域，其晶面间距在功率谱中可识别为C60特征值（红色：0.85 nm，绿色：0.5 nm，蓝色：0.44 nm）。如图所示，此类结晶态虽能在高分辨电子断层图中呈现，但仅适用于高倍率下的小体积区域。要获得具有统计显著性的不同器件架构结晶度分布，需分析更大体积样本。受探测器尺寸限制，需采用更低放大倍数导致分辨率下降，但在该成像条件下纯晶体的特征表现为三维低方差——即通过分割的三维方差图可轻松获取晶体分布。 图2展示了此类样本断层重建的切片图像，对比了C60基底BHJ薄膜与F4ZnPc基底BHJ的对应截面（金标点指示BHJ薄膜顶部）。红色叠加层标出了均匀结晶区域。分析表明：两种器件架构中均存在贯穿整个薄膜的大尺寸C60晶体，导致薄膜表面极为粗糙。倒置器件中这些晶体能以多晶C60基底为晶种实现全层生长，而常规BHJ的C60晶体仅从薄膜中部开始形成。结合器件性能数据发现：贯穿BHJ层生长的C60晶体对高效器件至关重要。
关键词： 太阳能电池、结晶度、断层扫描、有机光伏、冷冻透射电子显微镜
更新于2025-09-11 14:15:04
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高导电透明掺镓氧化锌纳米针提升氮化镓发光二极管与硅太阳能电池效率
摘要： 研究表明，在氮化镓基发光二极管（LED）和硅太阳能电池表面生长透明高导电性掺镓氧化锌（GaZnO）纳米针（NNs），可分别增强光提取效率和降低表面反射率，从而提升器件效率。该GaZnO纳米针采用气-液-固生长工艺，以表面银纳米颗粒（NPs）作为生长催化剂。在LED应用中，残留的银纳米颗?？梢⒈砻娴壤胱犹澹⊿P）耦合效应以提高发光效率。通过结合SP耦合效应、GaZnO纳米针的光提取作用及同步沉积的GaZnO薄膜的协同光提取效应，加之薄膜的电流扩展效应，LED输出强度可提升100%。在太阳能电池应用中，残留银纳米颗粒的SP共振效应同样能增强阳光吸收，从而提高能量转换效率。综合残留银纳米颗粒、GaZnO薄膜及纳米针的共同作用，硅太阳能电池的能量转换效率可从9.65%提升至12.30%，相对增幅达27.5%。
关键词： 掺镓氧化锌、光提取、发光二极管、太阳能电池、表面等离子体、减反射、纳米针
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于第一性原理的有机-无机钙钛矿太阳能电池材料稳定性研究
摘要： 为更好地理解和阐明钙钛矿材料的结构稳定性，基于密度泛函理论的第一性原理计算了三种钙钛矿晶体结构的晶格参数和容忍因子。研究发现当容忍因子处于0.81 < T < 1.11范围时，钙钛矿晶体结构具有相对稳定性，这与实验事实相符。研究测定了MAPbI3、FAPbI3及FA0.75Cs0.25Sn0.5Pb0.5I3三种晶体结构的弹性模量，通过Voigt-Reuss-Hill近似法获得了体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等弹性性能参数。从弹性模量Cij数据可知，除MAPbI3(c)正交结构外，其他六种晶体结构均具有较好稳定性。通过B/G比值和泊松比还讨论了材料的延展性与脆性韧性，发现MAPbI3(a)硬度最高而FAPbI3(a)最软。从其杨氏模量三维曲面图可见，各向同性体系的杨氏模量在三维方向呈球形分布，该球体的偏离程度反映了晶体结构的各向异性。有机-无机钙钛矿材料的弹性各向异性程度排序为：FAPbI3(c) > MAPbI3(a) > FA0.75Cs0.25Sn0.5Pb0.5I3 > FAPbI3(a) > MAPbI3(b) > MAPbI3(c) > FAPbI3(b)。此外，通过这七种晶体对水分子的吸附能和态密度(DOS)分析，探究了钙钛矿材料在高湿度环境下易变性的原因，结果表明钙钛矿材料确实容易在高湿度环境中发生变性。
关键词： 太阳能电池，钙钛矿，弹性模量，稳定性
更新于2025-09-11 14:15:04
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采用雾化喷雾技术制备的掺钡氧化亚铜薄膜的结构、光学及光伏特性研究
摘要： 本工作采用雾化喷雾技术(NST)，在不同钡(Ba)掺杂浓度(0%、3%、5%和7%)下，于加热玻璃基底上制备了纯氧化亚铜(Cu2O)及掺钡氧化亚铜薄膜。系统研究了纯样品与Ba掺杂样品的XRD、AFM、光学性能、电阻率及太阳能电池特性。XRD图谱证实薄膜具有(111)晶面择优取向的多晶立方结构；原子力显微镜(AFM)显示纳米颗粒呈球形形貌；拉曼分析确认制备薄膜为氧化亚铜相；光学分析表明带隙随钡掺杂浓度增加而减??；光致发光研究证实所有薄膜均在630 nm处出现对应Cu2O相的单发射峰。7% Ba掺杂Cu2O薄膜的电阻率为0.45×102 Ω·cm，以此制备的FTO/n-ZnO/p-7% Ba:Cu2O/Ag结构太阳能电池效率达0.85%。
关键词： 太阳能电池，钡掺杂，原子力显微镜研究，喷雾热解法，电学测量
更新于2025-09-11 14:15:04
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[2019年IEEE国际图像处理会议(ICIP) - 中国台北(2019.9.22-2019.9.25)] 2019年IEEE国际图像处理会议(ICIP) - 基于归一化Lp范数的太阳能电池裂纹弱监督分割方法
摘要： 光伏是应对全球能源消耗持续增长最重要的可再生能源之一。这增加了对生产和运营过程中快速、可扩展的自动化质量管理的需求。然而，在单晶或多晶太阳能组件的电致发光（EL）图像上检测和分割裂纹是一项具有挑战性的任务。在这项工作中，我们提出了一种仅使用图像级标注的弱监督学习策略，以获得一种能够对太阳能电池EL图像上的裂纹进行分割的方法。我们使用改进的ResNet - 50从网络激活图中推导出分割结果。我们将缺陷分类作为替代任务来训练网络。为此，我们应用归一化Lp归一化将激活图聚合成用于分类的单一分数。此外，我们还研究了归一化Lp层的不同参数化如何影响分割性能。这种方法在给定任务上显示出有希望的结果。然而，我们认为该方法也有潜力解决其他弱监督分割问题。
关键词： 太阳能电池，弱监督语义分割，电致发光成像，裂纹检测，归一化Lp范数
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于溶热蚀刻的二氧化钛纳米棒电子传输层钙钛矿太阳能电池效率提升
摘要： 本文报道了通过溶胶-热蚀刻和/或TiCl4处理基于TiO2纳米棒阵列(NRAs)的电子传输层(ETL)来提高钙钛矿太阳能电池(PSCs)效率的方法。选择TiO2 NRAs作为ETL是因为其相比其他TiO2纳米结构具有更优的直接载流子传输特性。溶胶-热蚀刻TiO2 NRAs可增大ETL的比表面积，从而提升PSCs的功率转换效率(PCE)。所有测试均在室温高湿(约65%湿度)条件下进行，以验证PSCs在常规环境中的性能表现。本文制备的PSCs实现了15.16%的显著效率提升，并伴有填充因子和短路电流密度(JSC)的改善。研究进一步表明，采用溶胶-热蚀刻后经TiCl4处理的TiO2 NRs作为器件ETL，可继续优化PSC性能。
关键词： 太阳能电池，溶剂热蚀刻，二氧化钛纳米棒，钙钛矿，水热法
更新于2025-09-11 14:15:04
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优化空穴传输材料与纳米复合材料之间的界面以实现高效钙钛矿太阳能电池
摘要： 基于有机金属卤化物钙钛矿的太阳能电池性能严重依赖于器件结构及器件堆叠中各层之间的界面。特别是电荷传输层与钙钛矿薄膜之间的界面至关重要，因为它既是钙钛矿多晶薄膜生长的基底（直接影响活性层形貌），也是电荷提取和/或复合的重要场所。本研究聚焦于我们团队新开发的钙钛矿-聚合物纳米复合材料与不同常用聚合物空穴传输层（即PEDOT:PSS[聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐]、PEDOT、PTAA[聚(双4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺)]、Poly-TPD[聚(N,N'-双(4-丁基苯基)-N,N'-双(苯基)联苯胺)]）在倒置平面钙钛矿太阳能电池结构中的界面工程。结果表明，当采用Poly-TPD作为空穴传输材料时，钙钛矿薄膜形貌得到改善，说明Poly-TPD与钙钛矿活性层之间的界面性能提升。我们还研究了Poly-TPD分子量(MW)对钙钛矿太阳能电池性能的影响。通过提高分子量，器件光伏性能增强，最高达到16.3%的功率转换效率。
关键词： 淀粉复合材料、太阳能电池、有机金属卤化物钙钛矿、聚合物空穴传输层、界面
更新于2025-09-11 14:15:04
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通过两步溶液法制备基于BiSI纳米棒薄膜的受控生长及其在太阳能电池中的应用
摘要： 基于铅的混合钙钛矿太阳能电池尽管具有优势，但在商业化方面面临挑战。近年来，铋基硫卤化物被视为潜在的替代候选材料，然而其当前器件效率仍不尽如人意。本文开发了一种两步溶液法并应用于BiSI薄膜制备，该方法包含形成Bi2S3（步骤一）及其转化为BiSI（步骤二）两个过程。其中Bi2S3通过硫醇-胺溶液工艺制备，BiSI转化则通过已形成的Bi2S3与BiI3之间的化学反应实现。研究发现BiSI的形成高度依赖于Bi2O3-硫脲溶液中Bi:S摩尔比及步骤一的执行次数。所制备的BiSI薄膜光学带隙为1.61 eV并呈现纳米棒形貌。此外，还针对太阳能电池应用探索讨论了其电子结构特性。
关键词： BiSI、铋硫卤化物、溶液法、太阳能电池、硫醇-胺体系、Bi2S3
更新于2025-09-11 14:15:04
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掺杂假卤化物(SCN?)的CsPbI?用于高性能太阳能电池
摘要： 碘化铯铅CsPbI3被视为解决有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)在运行条件下因有机基团导致材料分解和离子迁移问题的理想材料。然而纯CsPbI3材料存在大量缺陷，且其立方相(a相)热力学不稳定，这将阻碍器件获得高性能。本研究将拟卤素离子SCN?引入CsPbI3薄膜以提升结晶度并获得平整的钙钛矿薄膜。XRD和PL测试结果表明，添加Pb(SCN)2的CsPbI3薄膜结晶性能较对照组获得显著改善。优化Pb(SCN)2添加剂(2%)的CsPbI3 PSCs冠军器件功率转换效率(PCE)高达17.04%。此外，含Pb(SCN)2添加剂的CsPbI3薄膜展现出比对照组更优异的热稳定性。
关键词： 假卤化物，CsPbI3，太阳能电池，热稳定性，Pb(SCN)2
更新于2025-09-11 14:15:04
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硫化锑纳米薄膜光电性质的从头算研究及其在太阳能电池中的应用
摘要： 硫化锑（Sb2S3）微薄膜作为太阳能电池技术的吸收层已受到广泛关注。本研究通过第一性原理方法，模拟纳米级Sb2S3薄膜的电子与光学特性以探索其进一步潜力。采用基于密度泛函理论（DFT）的全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法（通过WIEN2k软件包实现），通过超胞法沿[001]方向模拟薄膜，并设置z向真空层使平板与周期性镜像独立处理。计算得出不同层数Sb2S3的间接带隙能量值分别为：1层0.568 eV、2层0.596 eV、4层0.609 eV。此外还研究了包含复介电函数实部与虚部、吸收系数、折射率等光学特性，以理解模拟Sb2S3薄膜的光学行为。光学特性分析表明，该薄膜在可见光与紫外波长范围内具有优良的光学吸收参数，证实硫化锑薄膜作为基础材料适用于多种光电器件应用。
关键词： 密度泛函理论，太阳能电池，光学性质，硫化锑，薄膜，线性缀加平面波方法
更新于2025-09-11 14:15:04