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oe1(光电查) - 科学论文

30 条数据
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  • 基于共轭星形给体-受体寡聚物的单材料有机太阳能电池和光电探测器中的电荷光生与复合

    摘要： 单材料有机太阳能电池（SMOSC）因其结构简单、制备便捷而备受关注，从而几乎避免了异质结有机太阳能电池的诸多缺陷。然而其性能仍较低，首要原因是对光能转化为电能过程中能量损耗的认知不足。本研究展示了一种基于星型π共轭给体-受体寡聚物的溶液法制备SMOSC，该寡聚物以三苯胺给体（N-Ph3）和烷基/苯基二氰乙烯基受体（DCV-R）为核心，通式为N(Ph-nT-DCV-R)3（nT代表n聚噻吩）。我们研究了其电荷光生与复合过程。该SMOSC展现出较小的能量损耗，开路电压高达1.08-1.19 V，在0.45倍太阳光强下功率转换效率达1.22%（1倍太阳光强下为1.13%），其中N(Ph-2T-DCV-Ethyl)3的最大外量子效率达24%，这些指标在基于共轭给体-受体小分子或寡聚物的SMOSC中均属领先水平。研究发现：单分子复合在短路条件和最大功率点占主导，而开路条件下光生电荷几乎以双分子形式复合。性能瓶颈被证实为弱电场极限下Onsager模型完美描述的场助电荷产生过程。结果表明共轭给体-受体分子间的电荷离域将有助于SMOSC的进一步发展。

    关键词： 共轭分子、电荷复合、给体-受体分子、昂萨格模型、有机太阳能电池、电荷产生

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 用于染料敏化太阳能电池的烷基包裹非对称方酸菁染料：支链烷基调节染料聚集与电荷复合过程

    摘要： 除选择合适的阳极、染料、电解质和阴极材料外，界面处的电子转移过程决定了提升染料敏化太阳能电池（DSSC）开路电压（Voc）和短路电流（Jsc）等光伏参数的关键因素。染料-二氧化钛界面低效的电荷注入过程以及二氧化钛-染料/电解质界面的电荷复合现象，对提升Jsc和Voc均产生不利影响。因此，调控改善Jsc和Voc的决定性因素是获得具有优异器件效率理想敏化剂的最佳途径。 方酸菁染料作为远红活性两性离子染料，因其较大的偶极矩而具有高摩尔消光系数和独特的聚集特性。本研究报道了一系列不对称方酸菁染料SQS1至SQS6，通过系统改变远离锚定基团的吲哚啉单元sp3-C和N原子上的烷基链，调控二氧化钛表面的染料间相互作用。支链烷基不仅有助于调节敏化剂在二氧化钛表面的自组装，还能钝化表面以抑制电荷复合过程。 染料敏化二氧化钛电极的光捕获效率（LHE）和循环伏安研究表明：通过系统增加烷基链碳原子数，可分别调控染料分子间的聚集效应与电荷跃迁过程。这种支链烷基的调控使器件效率在无共吸附剂条件下从3.82%提升至6.23%，其中Voc从672 mV（SQS1）增至718 mV（SQS6），Jsc从7.95 mA/cm2（SQS1）提升至12.22 mA/cm2（SQS6）。采用碘（I-/I3-）电解质时，染料SQS4添加共吸附剂鹅去氧胆酸（CDCA）后获得最高效率7.1%（Voc=715 mV，Jsc=13.05 mA/cm2），显著优于同类染料。IPCE谱图分析表明，二氧化钛表面聚集态方酸菁染料是光电流产生的主要贡献来源。

    关键词： 非对称方酸菁、电荷复合、电荷注入、染料聚集、染料敏化太阳能电池

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 载流子分辨光霍尔技术揭示的PbI?钝化与晶粒尺寸工程对CH?NH?PbI?太阳能吸收体的影响

    摘要： 随着功率转换效率现已超过25%，混合钙钛矿太阳能电池需要更深入地理解缺陷和加工工艺以进一步逼近肖克利-奎伊瑟极限。一种提升加工工艺和减少缺陷的方法涉及添加剂工程——例如，添加MASCN（MA = 甲铵）和过量PbI2已被证明可以改变薄膜晶粒结构并提高性能。然而，这些添加剂对载流子传输和复合特性的潜在影响仍有待充分阐明。在本研究中，采用了一种新开发的载流子分辨光霍尔（CRPH）表征技术，该技术可在同一样品和广泛的照明条件下获取多数载流子和少数载流子的特性。对n型MAPbI3薄膜的CRPH测量显示，在前驱体溶液中添加5%过量PbI2时，载流子复合寿命和电子密度增加了约一个数量级，而电子和空穴迁移率值几乎没有变化。晶粒尺寸变化（120–2100 nm）和MASCN添加对所考虑的载流子相关参数未产生显著影响，这突出了晶界良性的本质，并表明过量PbI2必须主要钝化体相缺陷而非位于晶界的缺陷。本研究通过新的CRPH方法提供了添加剂对MAPbI3光电特性影响的独特图景。

    关键词： 光霍尔特性表征、缺陷钝化、载流子输运、钙钛矿、电荷复合

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 碱金属离子钝化以减少钙钛矿太阳能电池的界面缺陷

    摘要： 发生在界面处的载流子复合已成为阻碍钙钛矿太阳能电池（PSCs）效率和稳定性的主要因素。钝化表面与晶界处的电子缺陷是抑制电荷复合、提升PSCs结晶度的关键策略之一。本研究在TiO2/钙钛矿界面引入硫酸钠（Na2SO4）钝化层以改善电荷传输。相较于未添加Na2SO4的器件，采用优化浓度Na2SO4溶液处理的器件表现出22.83 mA/cm2的短路电流密度提升和73.68%的填充因子增强，其光电转换效率从15.20%提高至18.75%。效率提升归因于缺陷与陷阱的减少以及薄膜结晶质量的改善。

    关键词： 钙钛矿太阳能电池，钝化层，表面缺陷，电荷复合

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 无机钙钛矿薄膜的精确应力控制助力碳基太阳能电池实现1.622伏超高电压

    摘要： 全无机铯铅溴（CsPbBr3）钙钛矿太阳能电池是平衡有机-无机杂化光伏器件高效率与低稳定性问题的理想候选方案。通过在钙钛矿晶粒生长过程中精确控制应力，可获得高质量全溴CsPbBr3卤化物薄膜，从而实现高效器件的载流子传输最大化。本研究通过精确调控PbBr2薄膜的结晶温度，制备出单层排列且晶粒尺寸大的CsPbBr3钙钛矿薄膜——由于PbBr2向CsPbBr3相转变时晶格体积扩大2.18倍，该工艺能有效减少残余应力诱导的晶界和缺陷诱导的电荷复合。进一步采用氮掺杂碳量子点进行界面修饰后，无空穴传输层的纯无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池实现了10.71%的冠军效率及1.622 V的超高空穴电压。此外，未封装器件在85%湿度空气环境中展现出卓越的长期稳定性。

    关键词： 稳定性、应变工程、晶体生长、溴化铯铅、电荷复合、无机钙钛矿太阳能电池

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过引入类纳米草SnO?中间层提升光捕获能力并抑制电荷复合，实现高效CdS量子点敏化太阳能电池

    摘要： 量子点敏化太阳能电池(QDSSC)的性能主要受限于TiO2/量子点(QD)敏化剂/电解质界面的电荷复合。因此，阻断或抑制电荷复合是将QDSSC性能提升至新水平的关键要求。为延缓电荷复合，本文采用简便的化学浴沉积法，在TiO2表面引入SnO2纳米草(NG)中间层。该SnO2 NG中间层不仅能抑制QDSSC中的界面复合过程，还能增强光捕获能力以产生更多激子。因此，TiO2/SnO2 NG/CdS QDSSC可实现3.15%的功率转换效率，优于TiO2/CdS器件(2.16%)。电化学阻抗谱、开路电压衰减和暗电流分析证实，在TiO2与CdS QD敏化剂之间引入SnO2 NG中间层可有效抑制光阳极/电解质界面复合并延长载流子寿命。

    关键词： 电荷复合、二氧化锡纳米草、光捕获、化学浴沉积、量子点敏化太阳能电池

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 一维吡咯烷鎓铅碘化物用于高效稳定的钙钛矿太阳能电池

    摘要： 由于具有优异的环境稳定性，低维钙钛矿在有机金属卤化物太阳能电池（OMHSCs）中的应用正迅速增长。本文报道了一种通过吡咯烷后处理在光活性三维甲基铵铅碘（3D MAPbI3）表面原位形成一维吡咯烷铅碘（1D PyPbI3）的方法。与3D MAPbI3相比，1D PyPbI3具有更宽的带隙和更强的环境稳定性，当其被引入OMHSCs时，既能作为隧穿接触层抑制载流子复合，又能形成抵御环境降解的坚固屏障。因此，所得MAPbI3器件的光电转换效率从平均14.86±0.65%提升至15.9±0.58%，同时显著延长了储存寿命稳定性。

    关键词： 钙钛矿太阳能电池，一维钙钛矿，环境稳定性，吡咯烷，光伏性能，碘化吡咯烷铅，电荷复合

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 非富勒烯有机太阳能电池中的受体梯度聚合物给体

    摘要： 在有机太阳能电池中，通过减小共混给体与受体的电离能或电子亲和能差值来最大化开路电压（VOC），往往以牺牲可观的短路电流（JSC）为代价。为探究规避这种权衡的材料设计假说，我们合成了八种结构相似的聚合物——包含氟化/非氟化苯并噻二唑（BTDF/BTD）强受体单元、噻吩酯（TE）弱受体单元，以及由双噻吩（T2）、biEDOT和苯并二噻吩（BDT）构成的多种给体单元，最终形成六种受体梯度聚合物与两种非梯度聚合物。该受体梯度结构通过TE桥接组分，在强BTD受体与不同给体单元间构建更分离的分子内电荷转移态，理论上能促使低驱动力太阳能电池实现更简易的激子解离。将这八种聚合物与苯基-C71-丁酸甲酯（PC71BM）共混制备电池后，发现两种同分异构体聚合物T2-BTDF-(TE2)和TE2-BTDF-(T2)性能最优，进一步测试其与EH-IDTBR、ITIC和ITIC-4F等非富勒烯受体（NFA）的匹配效果。为获得最佳性能，发现0.2 eV的电离能差值对NFA电池的短路电流至关重要——差值过小会导致电流急剧衰减。最终采用ITIC-4F分别与两种最优聚合物配对，制得平均光电转换效率（PCE）为7.3%的非梯度TE2-BTDF-(T2)电池和3.6%的梯度T2-BTDF-(TE2)电池。由于难以同时实现极小电离能/电子亲和能差值与理想形貌结构，受体梯度效应未能显著降低NFA电池中的电荷复合。本研究强调准确测定电离能与电子亲和能对表征电池能量特性的重要性——差值仅0.1 eV的微小差异就可能对整体电荷收集产生重大影响。

    关键词： 受主梯度聚合物、开路电压、电子亲和能偏移、电荷复合、有机太阳能电池、非富勒烯受体、电离能偏移、短路电流

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 基于Zn2SnO4致密层的高效钙钛矿太阳能电池

    摘要： 本工作开发了一种新的回流冷凝法制备Zn2SnO4薄膜，并首次将其作为致密层应用于钙钛矿太阳能电池(PSC)，实现了20.1%的效率。该高效率可归因于：i)作为PSC致密层时，Zn2SnO4具有高电子迁移率和合适的能带结构，能有效提取载流子并传输电子；ii)FTO基底表面被Zn2SnO4致密层完全覆盖，阻止了钙钛矿层与FTO的直接接触，显著抑制了电荷复合。因此，采用Zn2SnO4致密层的电池展现出优异的光伏性能。

    关键词： Zn2SnO4、光伏特性、致密层、钙钛矿太阳能电池、电荷复合、能带结构

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 辅助受体中单原子改变对卟啉基染料敏化太阳能电池光伏性能的显著影响

    摘要： 卟啉敏化剂的理性设计对染料敏化太阳能电池（DSSCs）始终至关重要，因为单个原子的改变就可能显著影响光伏性能。我们通过单原子替换——将已知强吸电子基团苯并噻二唑（BTD）单元作为辅助受体，引入吡啶噻二唑基团（一种更强的吸电子基团）到经典的D-卟啉-三键-受体敏化剂骨架中。通过对比苯并噻二唑取代的SGT-020卟啉，研究了吡啶噻二唑基团对D-π-A型卟啉敏化剂光学、电化学及光伏性能的影响。吡啶噻二唑取代的SGT-024卟啉染料发生红移，其吸收范围理论上可实现比SGT-020卟啉更高的光捕获效率（LHE）。然而，在标准全球AM 1.5G太阳光条件下，采用SGT-020和SGT-024制备的所有器件经评估显示：基于SGT-020的DSSC效率达10.3%，而基于SGT-024的DSSC效率仅为4.2%。主要原因是SGT-024基DSSC的电荷收集效率较低，这归因于染料在TiO2光阳极上倾斜的吸附模式，可能导致更快的电荷复合，最终致使短路电流密度（Jsc）、开路电压（Voc）及光电转换效率（PCE）降低。

    关键词： 电荷收集效率、染料敏化太阳能电池、D-π-A结构卟啉、受体单元、电荷复合

    更新于2025-09-11 14:15:04