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通过二极化苝衍生物调控TiO?(110)/有机空穴传输层界面能级
摘要: 我们的光电子能谱研究表明,在沉积9-(双-(对叔辛基苯基)氨基)-苝-3,4-二羧酸酐(BOPA-PDCA)后,TiO2(110)的功函数最高可降低1.5 eV。这一效应归因于TiO2(110)与分子酸酐基团及分子偶极子的化学反应。通过分析薄膜厚度依赖的光电子能谱和亚稳态原子电子能谱数据发现:低覆盖度时BOPA-PDCA的苝骨架几乎平行于衬底表面,而高覆盖度会导致分子取向转变为基本直立状态。对比TiO2(110)与空穴传输材料N,N'-双(1-萘基)-N,N'-二苯基-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)在有无BOPA-PDCA中间层情况下的能级排列,我们发现该苝衍生物对实现高开路电压的染料敏化太阳能电池具有积极的能级排列调控作用。
关键词: 固态染料敏化太阳能电池、二氧化钛、能级排列、紫外光电子能谱、亚稳态原子电子能谱、苝
更新于2025-09-23 15:23:52
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有机半导体中主体与掺杂剂之间的能量无序及能级排列
摘要: 有机发光二极管发光区中激子的形成与收集,关键取决于主体分子与掺杂分子间的能级排列。因此,理解预测能级排列的机制对制备高性能有机发光器件的材料选择至关重要。本研究通过X射线光电子能谱和紫外光电子能谱发现:主体-掺杂能级排列强烈依赖于薄膜厚度与衬底功函数。固定高斯态密度模型无法解释实验数据,我们推测表面邻近分子的能量无序性主导了能级排列。对多种典型有机半导体的紫外光电子能谱测量验证了该猜想。通过推导经验界面无序函数构建功能化高斯态密度来计算主体能级,继而应用普适性能级排列规则计算主体-掺杂能级排列,结果与实验数据高度吻合。
关键词: 主体-掺杂剂体系、有机半导体、能级排列、光电子能谱、能量无序性
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于3-氨基丙腈有机阳离子的高效稳定纯二维钙钛矿太阳能电池
摘要: 基于纯二维(2D)钙钛矿(n=1)的钙钛矿太阳能电池(PSCs)已被证实具有优异的耐湿性,但由于其在PSC器件中平行于衬底取向及能级排列失配,导致光伏性能极差。本文报道了一种新型大体积有机阳离子3-氨基丙腈(3-APN)用于构建纯二维混合铅碘钙钛矿。(3-APN)2PbI4晶体结构具有稳定的层状且未畸变的PbI6八面体几何构型(∠Pb–I–Pb=180°)及较小的I···I间距(4.66 ?),晶体主要沿垂直于衬底方向生长。此外,氰基与铵头之间的分子内氢键使(3-APN)2PbI4具有合适的价带能级,实现器件中良好的能级匹配,有利于界面电荷转移从而提升光伏性能。由此制备的纯二维(3-APN)2PbI4钙钛矿基PSC实现了3.39%的光电转换效率,据我们所知这是目前纯二维铅碘钙钛矿家族中的最高值。更重要的是,该纯二维(3-APN)2PbI4钙钛矿基PSC展现出优异的耐湿稳定性。本工作证明通过有机阳离子的巧妙设计,实现高效稳定的纯二维钙钛矿基PSCs具有重要潜力。
关键词: 晶体取向、3-氨基丙腈、纯二维结构、能级排列、钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-23 15:21:01
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[应用科学与技术中的SpringerBriefs] 空气稳定的倒置有机发光二极管 || 载流子注入机制
摘要: 近年来,有机发光二极管(OLED)中普遍采用空穴注入层和电子注入层来降低电极与有机层之间的注入势垒。该注入势垒源于电极功函数(WF)与有机层能级之间的能量差。例如,如图4.1a所示,空穴注入势垒定义为阳极的费米能级与阳极上有机层的最高占据分子轨道(HOMO)能级之间的能量差。因此,理想的空穴注入材料是能使阳极表面功函数增大的材料(图4.1b)。另一方面,理想的电子注入材料是能使阴极表面功函数减小的材料(图4.1c)。
关键词: 能级排列、有机发光二极管、电子注入、空穴注入、功函数
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过阴离子掺杂导电富勒烯衍生物作为中间层实现电子提取与缺陷钝化工程,以制备高效反式钙钛矿太阳能电池
摘要: 有机-无机钙钛矿太阳能电池性能的主要限制在于吸收层表面存在大量带电缺陷,这些缺陷会导致载流子复合恶化。这些缺陷对电荷提取具有显著影响,进而引发器件不稳定并产生严重迟滞现象。本研究首次开发了三种低成本阴离子掺杂导电富勒烯衍生物——富勒烯双(苯乙醇)丙二酸盐(FMPE-I)、富勒烯双(乙二胺)丙二酰胺(FEDA-I)和富勒烯双(丙二胺)丙二酰胺(FPDA-I),作为平面反式钙钛矿太阳能电池中钙钛矿与苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)之间的界面层,采用温和溶液法制备。导电富勒烯衍生物中的路易斯碱性卤化物组分与特定酰胺基团通过碘离子与欠配位Pb2+的静电作用、以及酰胺基团与I-的氢键作用,有效增强了钙钛矿与导电富勒烯衍生物间的化学相互作用,实现了钙钛矿缺陷的双重钝化。此外,由于导电富勒烯衍生物能级匹配良好且钙钛矿/中间层薄膜具有高导电性,电子提取能力得到显著提升。最终,在导电中间层处理的钙钛矿器件中实现了优异的光电性能,功率转换效率提升至17.63%(远高于未处理PCBM器件的14.96%),同时迟滞效应可忽略不计。疏水性导电富勒烯衍生物还提高了器件耐湿性,未封装的导电富勒烯衍生物器件在25℃、60%湿度环境下存放500小时后,仍保持初始功率转换效率值的85%。
关键词: 双钝化、能级排列、钙钛矿太阳能电池、导电富勒烯衍生物、界面工程
更新于2025-09-23 15:21:01
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倒置聚合物太阳能电池中CdSe和CdSe@ZnS量子点中间层的耦合功能
摘要: 我们展示了利用CdSe量子点(QDs)作为中间层来提升倒置聚合物太阳能电池(iPSCs)的光伏性能。在聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE)聚合物与PTB7:PC71BM混合层之间引入CdSe及CdSe@ZnS核壳结构量子点,通过福斯特共振能量转移(FRET)和高效电荷传输显著提升了短路电流密度。强烈的相互荧光猝灭现象表明,PTB7:PC71BM吸收的光子能量被有效转移至量子点。采用CdSe量子点中间层的PTB7:PC71BM基iPSCs实现了8.13%的更高光电转换效率,较对照器件提升13.4%。而使用CdSe@ZnS量子点中间层的器件表现出相对较低的7.31%效率,这可能源于ZnS壳层较高能级导致的量子点内部载流子复合增加。因此,CdSe量子点中间层增强光伏性能的机理可归因于FRET效应促进的有效电荷传输及整体光电流提升。
关键词: 载流子传输、共振能量转移、量子点、倒置聚合物太阳能电池、CdSe、能级排列
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过共轭聚电解质掺杂减少无甲铵倒置钙钛矿太阳能电池阳极接触处的光电压损失
摘要: 近年来钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率发展迅速,但稳定性仍显滞后。离子迁移效应(尤其是来自小尺寸甲铵(MA)阳离子的迁移)是稳定性问题的主要因素,无MA钙钛矿成为抑制离子迁移的有效途径。本研究揭示了最受关注的无MA钙钛矿FA0.83Cs0.17PbI2.7Br0.3具有低至-5.8 eV的价带顶(VBM),与传统钙钛矿存在显著差异,钙钛矿与空穴传输层(HTL)间巨大的能级失配是限制无MA PSCs器件性能的主要因素。研究发现,在钙钛矿中掺杂共轭聚电解质聚[(9,9-双(3'-((N,N-二甲基)-N-乙基铵)-丙基)-2,7-芴)-交替-2,7-(9,9-二辛基芴)](PFN-Br),可显著改善阳极接触,从而提升基于FA0.83Cs0.17PbI2.7Br0.3的无MA PSCs在反式平面结构中的器件性能与稳定性。PFN-Br提升了钙钛矿VBM的能级位置,使钙钛矿与聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)空穴传输层实现良好能级匹配。PTAA/钙钛矿界面处的载流子提取与传输得到显著增强,同时界面复合被有效抑制。最终开路电压(VOC)提升60 mV,使冠军器件效率达到20.32%。该高效器件在最大功率点(MPP)条件下持续光照和偏压环境中展现出优异稳定性,在1个太阳光强连续工作500小时后仍保持初始光电转换效率(PCE)的80%。
关键词: PFN-Br掺杂、无MA钙钛矿、器件稳定性、能级排列、钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过采用多功能染料中间层同时提升Cs?AgBiBr?无铅无机钙钛矿太阳能电池的功率转换效率与稳定性
摘要: 钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其原料廉价、理想带隙≈1.5 eV、宽吸收范围及高吸收系数,成为极具前景的下一代光伏器件。尽管铅基无机-有机PSC已实现25.2%的最高光电转换效率(PCE),但铅的毒性和稳定性差严重制约了商业化进程。无铅无机PSC有望替代有毒且不稳定的有机-无机PSC。其中,全无机的双钙钛矿Cs2AgBiBr6基PSC因其无铅特性备受关注。然而,Cs2AgBiBr6薄膜的本征与外在缺陷限制了其PCE。本研究报道了一种通过引入N719染料中间层提升PCE和稳定性的高效简便策略——该中间层具有拓宽吸收光谱、抑制载流子复合、加速空穴提取及构建合适能级排列等多重功能。优化后的电池实现了2.84%的优异PCE,较现有文献报道的Cs2AgBiBr6基PSC显著提升。此外,N719中间层大幅增强了PSC在环境条件下的稳定性。该工作为同步提升无铅Cs2AgBiBr6基PSC的PCE与稳定性提供了有效策略,加速了PSC技术的商业化进程。
关键词: 载流子分离、染料中间层、Cs2AgBiBr6、能级排列、钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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通过减少界面介导的复合实现高效钙钛矿太阳能电池:一种大位阻胺方法
摘要: 钙钛矿表面/界面的非辐射复合限制了钙钛矿太阳能电池(PSCs)的整体效率。表面钝化已被证明是抑制硅电池中此类复合的有效策略。本研究精心选用1-萘甲基碘化铵(NMAI)对钙钛矿薄膜表面进行钝化处理。与常用的苯乙基碘化铵不同,NMAI后处理主要在钙钛矿薄膜表面留下NMAI盐。形成的NMAI层不仅通过化学钝化有效降低缺陷辅助复合,还能减缓能级错配导致的真空能级弯曲电荷积累,并通过电荷阻挡效应防止少数载流子复合。最终获得了效率高达21.04%且长期稳定性显著提升的平面PSCs(3240小时后仍保持初始效率的98.9%)。此外,在1.61 eV吸收阈值下实现了高达1.20 V的开路电压,这是目前已报道平面PSCs中的最高值之一。该研究为有机铵盐钝化机制提供了新见解,并为开发更优钝化层指明了方向。
关键词: 钙钛矿太阳能电池、能级排列、1-萘甲基碘化胺、非辐射复合、化学钝化
更新于2025-09-23 15:19:57
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在钙钛矿/空穴传输层界面引入多功能三苯胺衍生物以提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性
摘要: 表面钝化是提升钙钛矿太阳能电池(PSCs)效率和稳定性的常用方法。本项目合成了一系列新型有机表面钝化分子,这些分子均含有与PSCs空穴传输材料相同的三苯胺基团。这些新钝化分子兼具"载流子传输"能力和"缺陷钝化"潜力。研究发现,采用N-((4-(N,N,N-三苯基)苯基)乙基)溴化铵(TPA-PEABr)作为表面钝化分子时,PSCs效率可从16.69%提升至18.15%,主要源于开路电压(Voc)的提高(从对照器件的1.02V升至1.09V)。Voc的提升归因于引入TPA-PEABr分子后表面缺陷密度降低及能级排列更优。此外,由于TPA-PEABr的疏水性,钝化器件的稳定性显著改善。本研究成功证明:采用精心设计的多功能小分子有机化合物对钙钛矿表面进行钝化,是实现高效稳定PSCs的有效途径。
关键词: 稳定性、表面钝化、钙钛矿太阳能电池、三苯胺衍生物、能级排列
更新于2025-09-19 17:13:59