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《太阳能 聚乙烯卡唑的后功能化:钙钛矿太阳能电池材料空穴运输的开放途径》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2019-10-25

  • 我们报告了通过功能化来调整聚(9-乙烯基咔唑)(PVK)性能的潜力，并将其应用于钙钛矿太阳能电池(PSCs)的空穴传输材料(HTM)。合成的聚二乙烯基聚合物被兴趣分子取代，以改善溶解度、电荷转移性质或调整能级。双(4-甲氧基苯基)胺基被发现可以改善孔洞的流动性和增加PVK的HOMO水平。因此，采用PVK-[N(PhOCH3)2]2作为HTM的PSCs表现出最佳的PCE为16.7%。与spiro-OMeTAD相比，首次研究发现PVK-[N(PhOCH3)2]2可延长PSC的生存期。

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相关报告

  • 《硅藻—太阳能电池技术突破的新途径》
    • 来源专题：集成电路
    • 编译者：shenxiang
    • 发布时间：2019-08-01
    • 硅藻，一种繁衍十分迅速的硅藻类植物，它们的无定型二氧化硅壳体以及独特的立体结构，可以使光在细胞内进行充分的光合作用。在人类发明硅基太阳能电池之前，自然界中的硅藻早已开始利用二氧化硅来收集太阳能。近年来，众多国内外研究人员就希望利用硅藻的光学特性来推动太阳能技术取得突破。 硅藻特殊结构发挥重要作用 藻类有200个门，10万多个种，大多数生活在海水中，能利用太阳能进行光合作用。藻类是世界上光能利用最成功、光能利用率最高的有机体，其能较少的反射太阳光，并通过网格毛孔捕获太阳能。 藻类高效利用阳光的最大秘密在于其外壳，其中单细胞的硅藻外壳是最佳模型。硅藻外壳是由结构极为复杂精密的二氧化硅组成10~50nm 的六边形微孔排列形成丝网状结构，复杂的结构能使射进的光线无法逃逸，这种纹饰繁密的藻壳不仅增强了硅藻的硬度和强度，使其具有能悬浮起来的机械性，而且提高了其运输营养物质和吸附、附着的生理功能，且阻止了有害物质进入，增强了光吸收率。 研究人员在很多具有分级多孔结构的生物材料中发现了天然的光子晶体效应，硅藻的特殊结构让它成为一种良好的光子晶体，能够大大提升光捕获效率，这种特性让硅藻在太阳能电池中发挥了重要的作用。 硅藻天然材料降低所需成本 硅藻这种微小生物对有机太阳能电池(相较于传统太阳能技术，这种技术成本更低)的设计有着独特的价值。因为设计这些电池的一个挑战是，它们需要非常薄的活性层(只有100到300纳米)，而这限制了它们将光能转化为电能的效率。 解决这个问题的方案便是嵌入能够吸收与分散光的纳米结构来提高吸收水平，但这对于大规模生产来说太贵了。而这恰恰就是硅藻能够起作用的地方。经过数十亿年的适应性进化，它们已经尽可能优化了吸收光的能力。而且它们是自然界中最常见的浮游植物，这就意味着它们很便宜。硅藻在世界各地的海洋和淡水中非常普遍，因而成本非常低，所以它们成为改善光伏发电的理想选择。 硅藻有效提高能量转换效率 藻类外壳利用阳光的构筑是未来太阳能电池原材料和模型构筑的最佳供体。有机光伏太阳能电池具有由有机聚合物制成的活性层，这意味着它们比常规太阳能电池便宜，但它们的转换效率不太高，主要因为其有源层非常薄，通常需要小于300纳米，因此这限制了转换效率。 而利用硅藻的光学特性，将硅藻加入到染料敏化太阳能电池（是以低成本的纳米二氧化钛和光敏染料为主要原料，模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用，将太阳能转化为电能）的二氧化钛薄层后，能量转换效率是原转换效率的1.3-1.4倍（而把硅藻壳体加入到二氧化钛中烧结形成电池阳极，增加了光捕获和在电池中的散射性能，传统二氧化钛覆膜３遍的转换效率为3.8%，加入了硅藻壳体的二氧化钛转换效率可以达到5.26%）。 硅藻对于人类来说就是一个未开发的宝藏，除了在太阳能光伏材料上能有效的突破目前的能量转换效率，而且在其他领域还有着相同重要的应用。例如硅藻细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素、油脂等，使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等多个领域都有极大的开发前景。 通过硅藻壳生产的微纳米二氧化硅是自然界独一无二、纯度极高的生物无机材料，也是最佳微纳生物平台材料，当然硅藻在养殖过程中也能吸收二氧化碳释放大量氧气，对环境有着巨大的贡献。
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  • 《华理钙钛矿太阳能电池空穴传输材料研究新成果》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-07-18
    • 华东理工大学化学与分子工程学院吴永真特聘教授和朱为宏教授在钙钛矿太阳能电池空穴传输材料 （HTMs） 领域取得进展，相关研究工作 “ Low cost and stable quinoxaline-based hole-transporting materials with a D–A–D molecular configuration for efficient perovskite solar cells ” 被国际知名化学期刊《 Chemical Science 》在线报道。 钙钛矿太阳能电池的空穴传输层能够促进光生电荷的提取和收集，并保护吸光层。目前，钙钛矿太阳能电池器件中常用的 HTM 是 2,2',7,7'- 四 [N,N- 二 (4- 甲氧基苯基 ) 氨基 ]-9,9'- 螺二芴 (spiro-OMeTAD) ，其昂贵的成本是制约钙钛矿太阳能电池实际应用的瓶颈之一。部分研究工作表明，将复杂的螺芴核替换成简单的 π 桥连，构建给体 -π 桥连 - 给体 (D-π-D) 型 HTM ，可以简化合成路线，降低成本。然而， π 桥连的富电子性会抬高分子 HOMO 能级，降低其本征稳定性。研究人员通过引入弱吸电子的喹喔啉单元，构建给体 - 受体 - 给体 (D-A-D) 型 HTM ，合理调控 HTM 的 HOMO 能级，优化钙钛矿太阳能电池器件界面能带排布。与spiro-OMeTAD 相比，这种 D-A-D 型的 HTM 分子具有更好的光稳定性，热分解温度提升了 30 o C ，合成成本降低了 30 倍。以噻吩取代的 HTM 分子 TQ2 制备的钙钛矿太阳能电池器件取得了 19.62% 的光电转换效率，优于参比化合物 spiro-OMeTAD(18.54%) 以及苯环取代的 HTM 分子 TQ1(14.27%) 。荧光寿命表征以及导电率测试表明噻吩取代的 HTM 分子有更好的空穴提取和传输能力。进一步通过单晶分析发现 TQ2 分子间存在 S---S 以及 S---π 相互作用，缩短了分子间三苯胺单元的距离，增加了空穴传输通道。该工作为设计低成本、高性能的钙钛矿太阳能电池空穴传输层提供了新思路。 该论文由博士生张浩在朱为宏教授和吴永真特聘教授的共同指导下完成，得到了田禾院士的悉心指导。相关工作得到了基金委创新研究群体项目、国家自然科学基金重点项目、上海市东方学者人才计划、中国化学会“青年人才托举工程”和中央高校基本科研专项资金等科研项目的资助。
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