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oe1(光电查) - 科学论文

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出版时间
  • 2019
研究主题
  • A3. 金属有机气相外延 B2. 半导体砷化镓 B3. 太阳能电池 A1. 晶体形貌
应用领域
  • 材料科学与工程
机构单位
  • The University of Tokyo
  • Taiyo Nippon Sanso Corporation
  • National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
600 条数据
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  • 将射频整流天线与薄膜太阳能电池集成以为可穿戴电子设备供电

    摘要： 本文报道了一种将双频微带天线与薄膜非晶硅太阳能电池集成的可穿戴系统，用于收集微波能量。薄膜太阳能电池封装中的多层结构被用作微带天线的基板。整流器和匹配电路设计在牛仔布材料上，整个系统由5毫米厚的泡沫材料提供机械支撑。研究了天线在机械弯曲条件下的性能表现，该装置保持了良好的功率转换效率。通过改变-30至10 dBm的射频功率水平测试了倍压器的效率，在输入功率为-5 dBm、负载为7.5 kΩ时，1.85 GHz和2.45 GHz频率下倍压器的转换效率分别为58%和43%。

    关键词： 太阳能电池、环形天线、多层结构、可穿戴设备、柔性基板、双频

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 揭示共轭聚合物的掺杂能力以策略性调控电偶极层实现钙钛矿太阳能电池高效电荷收集

    摘要： 开发有机导电聚合物面临挑战，因为通过化学掺杂产生自由载流子存在困难。为设计新型掺杂平台，我们采用交流霍尔效应器件定量表征了四种共轭聚合物（CPs）的掺杂能力。所得载流子密度与CP重复单元和2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基对苯醌二甲烷（F4-TCNQ）之间的电子耦合程度相关，其中掺杂后的PIDF-BT表现出卓越的电导率（超过210 S cm?1），这主要归因于掺杂辅助的易载流子生成及相对较快的载流子迁移率。此外研究发现，当各CP重复单元的吸电子能力轻微增强时，其与F4-TCNQ的电子耦合减弱，并严重降低掺杂效率（包括改变CPs的工作掺杂机制）。进一步地，当具有高掺杂能力的PIDF-BT用作空穴传输层，并以F4-TCNQ作为与钙钛矿界面的界面掺杂层时，由于电荷收集效率提升，钙钛矿太阳能电池的功率转换效率从17.4%显著提高到20%以上。X射线光电子能谱和开尔文探针分析证实，这种性能提升源于电偶极层产生导致的内建电位增加。

    关键词： 共轭聚合物、导电聚合物、掺杂、分子电子学、太阳能电池

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 通过垂直气相输运沉积法实现Sb<sub>2</sub>S<sub>3</sub>太阳能电池的可控取向

    摘要： 硫化锑（Sb2S3）因其约1.7电子伏特的宽禁带特性、高光学吸收系数以及绿色环保的丰富元素组成，成为下一代太阳能电池极具前景的光电材料。与传统立方结构光伏材料不同，Sb2S3具有一维晶体结构，其[hk1]择优取向的薄膜载流子迁移率提高一个数量级。然而迄今为止，所有报道的Sb2S3薄膜在基于CdS的叠层器件结构中均呈现[hk0]择优取向。因此研究可控取向Sb2S3薄膜沉积及其与性能的关联至关重要。本文开发垂直气相传输沉积（V-VTD）方法，通过反应配方调控将Sb2S3薄膜择优取向从[hk0]转变为[hk1]。结合实验结果提出合理的沉积/再蒸发竞争模型阐释该取向转变机制。当Sb2S3薄膜取向由[hk0]转为[hk1]时，器件效率从不足2%提升至约4%。通过精细调控沉积工艺，[hk1]取向器件相比[hk0]取向具有更优结晶度、更低界面复合及更高内建电压。最终实现4.5%的冠军功率转换效率（PCE），其中730 mV的开路电压创Sb2S3太阳能电池最高纪录。这种普适性取向调控策略可突破强各向异性材料的瓶颈，在非立方材料沉积及相关光电器件性能提升方面展现出巨大潜力。

    关键词： 垂直气相传输沉积，太阳能电池，可控取向，Sb2S3，取向转换机制

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 通过核心桥接修饰提升N,N-二乙基苯胺基给体材料的光伏性能以实现高效太阳能电池

    摘要： 能源需求的不断增长加速了高效光伏材料的发展。本文设计了五种以N,N-二乙基苯胺为给电子单元、罗丹宁-3-乙酸为受电子基团的推拉型给体材料（D1-D5），拟用作有机太阳能电池（OSCs）的给体分子。研究对近期合成的MR3分子（参照物R）的桥接核进行了不同π共轭桥（噻唑B1、噻吩并[3,2-b]噻吩B2、噻唑并[5,4-d]噻唑B3、2-(噻吩-2-基)噻吩B4和5-(噻唑-5-基)噻唑B5）的修饰改造，通过结构-性能关系分析比较了桥接核修饰对D1-D5光伏特性、光物理性质及电子特性的影响。采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TDDFT）计算了前沿分子轨道（FMO）、态密度（DOS）图谱、电子/空穴重组能、开路电压、光物理特征、跃迁密度矩阵（TDM）表面及电荷转移情况。结果表明：所设计分子展现出优于或可比拟合成参照物的光电性能。其中D5因具有最窄带隙（2.24 eV）、较小电子迁移率（λe=0.0056 eV）、较小空穴迁移率（λh=0.0046 eV）、低结合能（Eb=0.21 eV）、最高吸收波长值（气相610.76 nm/乙腈670.22 nm）以及相对于HOMO给体-LUMOPC61BM的高开路电压（Voc=1.17 V）等优异光伏特性，被证实为OSCs应用的最佳候选分子。该理论框架证明桥接核修饰是实现理想光电特性的简便有效策略，且所构想分子性能优越，建议实验研究者将其用于未来高效太阳能电池的开发研究。

    关键词： 罗丹宁-3-乙酸，太阳能电池，光伏特性，桥接核心修饰，密度泛函理论（DFT），N,N-二乙基苯胺

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 受益于共轭聚合物-量子点体异质结连接层的高效钙钛矿量子点太阳能电池

    摘要： 在这项工作中，我们报道了一种高效且普适的钙钛矿量子点（PQD）太阳能电池制备方法，可显著提升器件效率。通过在PQD基质溶液中溶解最佳用量的共轭聚合物，在PQD/空穴传输层（HTL）界面处构建聚合物-QD体异质结混合层，所得太阳能电池器件展现出显著增强的短路电流密度和光电转换效率。深入表征表明：向PQD薄膜中添加最佳共轭聚合物能有效减少针孔缺陷，从而实现更高效的界面电荷转移并降低载流子复合损失。更重要的是，研究发现共轭聚合物的最高占据分子轨道（HOMO）能级对优化PQD/HTL界面载流子传输具有关键作用。通过合理选择共轭聚合物，我们分别实现了基于CsPbI3和FAPbI3 PQD的太阳能电池最佳功率转换效率约14%和13.2%，处于目前所有报道PQD太阳能电池的领先水平。这些发现为精准调控有机-无机界面以改进光伏器件性能提供了重要见解。

    关键词： 界面改性、太阳能电池、钙钛矿量子点、体异质结、共轭聚合物

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料的界面与体相特性：Spiro-MeTAD与Spiro-OMeTAD的比较

    摘要： 合成了两种螺-甲氧基三苯胺（spiro-MeTAD）化合物（1和2），通过实验和量子力学方法进行表征，并将其作为空穴传输材料（HTMs）应用于钙钛矿太阳能电池（PSC）。这两种新化合物与螺-OMeTAD的唯一区别在于用甲基取代了甲氧基。这一改性使吸收带蓝移约20 nm，化合物2的玻璃化转变温度升高，电离势降低0.02-0.12 eV。螺-MeTAD/螺-MeTAD体系的空穴迁移率提高了五倍，且在添加剂存在下仍能保持。尽管有这些改进，但在PSC的J-V测试中，1和2作为空穴传输材料时的功率转换效率（PCE）分别为17.2%和17.05%，而螺-OMeTAD为19.24%。钙钛矿:HTM层的荧光测量显示，螺-OMeTAD/螺-MeTAD体系的猝灭效应更强。这些结果表明，与HTM体相中的空穴传输性能相比，钙钛矿/HTM界面性质具有更重要的主导作用。鉴于当前该领域的研究主要致力于提高空穴迁移率和能级匹配，我们的研究结果提醒需优先改善钙钛矿与HTM的相互作用性能。

    关键词： 离散傅里叶变换、钙钛矿、能量无序、太阳能电池、相互作用能、界面

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 综述：高性能全无机钙钛矿太阳能电池的晶体生长

    摘要： 近年来，卤化物钙钛矿因其卓越的光电性能成为最有前景的太阳能电池材料之一。其中，金属卤化物全无机钙钛矿（CsPbX3；X代表卤素）展现出优异的热稳定性和光稳定性。特别是基于CsPbX3活性层的钙钛矿太阳能电池（pero-SCs）的功率转换效率（PCE）随着CsPbX3晶体质量的提升，已从2.7%稳步增长至19.03%。本综述总结了迄今为止用于控制全无机钙钛矿薄膜生长的方法，包括前驱体溶液沉积、基底改性、组分掺杂和表面工程。此外，我们讨论了钙钛矿晶体特性对缺陷和钙钛矿薄膜形貌的影响——这两者都与器件性能密切相关。最后，我们提出了结论与展望，并为开发具有高PCE和强稳定性的全无机pero-SCs提供了实用指南。

    关键词： 光稳定性、卤化物钙钛矿、前驱体溶液沉积、全无机钙钛矿、表面工程、基底改性、热稳定性、功率转换效率、CsPbX3、组分掺杂、太阳能电池、晶体生长

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 硫脲处理改善Cu(In,Ga)Se?太阳能电池性能

    摘要： 我们研究了硫脲处理对Cu(In,Ga)Se2（CIGS）太阳能电池吸收层的影响。该处理成功提升了电池的开路电压、填充因子和转换效率。理想因子降低与反向饱和电流密度减小表明载流子复合受到抑制，从而改善了电池性能。截面电子束感应电流测量显示强度增加，证实硫脲处理优化了薄膜质量。此外，处理后观测到的载流子密度提升暗示施主型缺陷得到钝化。这些结果表明硫脲处理有望改善吸收层品质并提升CIGS太阳能电池性能。

    关键词： 硫脲处理，太阳能电池，Cu(In,Ga)Se2，载流子复合，薄膜质量

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 硫化锌（ZnS）在中孔TiO2薄膜上的吸附与阳离子交换行为及其在太阳能电池中的应用

    摘要： 通过典型的连续离子层吸附与反应（SILAR）工艺，将硫化锌（ZnS）沉积在介孔二氧化钛薄膜表面。当ZnS与溶解于化学浴中的目标阳离子（Pb2?、Cu2?、Ag?或Bi3?）接触时，诱导其自发发生阳离子交换，成功地将基底上白色半透明的ZnS转变为棕色新型金属硫属化合物，并通过颜色变化程度定性比较了不同沉积条件下原始ZnS的沉积量。利用这一简单而有效的工艺，可通过观察诱导特定阳离子交换后TiO?/ZnS电极的颜色变化程度，直观追踪量子点（QD）敏化太阳能电池中不同化学浴制备的ZnS钝化层的演变过程。应用于典型CdS QD敏化太阳能电池时，清晰揭示了ZnS沉积程度和速率如何影响整体功率转换效率，同时确定了TiO?/CdS电极上的最佳钝化层。观察到醋酸根耦合的Zn2?源比硝酸根耦合的Zn2?源能更快沉积ZnS钝化层，因其更高pH值更有利于Zn2?在TiO?表面的吸附。作为基于ZnS的阳离子交换的另一实用应用，沉积的ZnS被用作在介孔TiO?薄膜上制备更复杂金属硫属化合物的模板。ZnS衍生的Sb?S?敏化电极显示出极具前景的初步结果——在TiO?与Sb?S?之间仅使用极薄的ZrO?钝化层时，整体功率转换效率超过1.0%。

    关键词： 钝化、量子点敏化剂、SILAR沉积法、硫化锌、太阳能电池、阳离子交换

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 垂直排列的二维/三维铅锡钙钛矿材料，具有增强的电荷提取能力和抑制的相分离特性，适用于高效可印刷太阳能电池

    摘要： 混合二维/三维异质结构概念已成为提升卤化铅钙钛矿太阳能电池（PSCs）稳定性的有效方法，但在铅锡（Pb-Sn）混合钙钛矿器件中鲜有报道。本文展示了一种可扩展的混合二维/三维Pb-Sn钙钛矿太阳能电池沉积工艺，其效率与稳定性较三维对应器件显著提升。掺入少量（3.75%）有机阳离子2-(4-氟苯基)乙基碘化铵（FPEAI）诱导生成高度取向的Pb-Sn钙钛矿晶体，该晶体垂直于衬底排列。此外，首次观察到原始三维Pb-Sn钙钛矿存在相分离现象，而二维钙钛矿的存在抑制了该现象。由此通过显著增强的光谱响应和电荷提取获得28.42 mA cm-2的高电流密度。最终，带隙为1.33 eV的混合二维/三维Pb-Sn钙钛矿器件实现高达17.51%的效率，并同时展现出良好稳定性。

    关键词： 二维/三维异质结构、电荷提取、铅锡钙钛矿、太阳能电池、相分离

    更新于2025-09-23 15:21:01