在柔性PV中,的FTE是金属掺杂的金属氧化物(Metal doped metal oxide,MMO),例如铟掺杂的氧h锡(ITO)。然而,ITO在塑料基板上存在机械脆性和导电性差问题;另外,通过高温真空溅射法制备MMO,使得MMO价格昂贵,且与印刷和卷对卷不兼容。作为MMO的替代物,聚(3,4-亚二氧s吩):聚(b乙x磺酸)(PEDOT:PSS)薄膜的成本相对较低,并且具有高
导电聚合物厂
在柔性PV中,的FTE是金属掺杂的金属氧化物(Metal doped metal oxide,MMO),例如铟掺杂的氧h锡(ITO)。然而,ITO在塑料基板上存在机械脆性和导电性差问题;另外,通过高温真空溅射法制备MMO,使得MMO价格昂贵,且与印刷和卷对卷不兼容。作为MMO的替代物,聚(3,4-亚二氧s吩):聚(b乙x磺酸)(PEDOT:PSS)薄膜的成本相对较低,并且具有高的光学和电学特性,优异的热稳定性,良好的柔韧性等。在前期的工作中,我们报道了高温甲磺酸方法和转移PEDOT:PSS方法,基于P3HT:PCBM和PBDTT-S-TT:PC71BM柔性OSC分别表现了3.92%[1]和6.42%[2]的能量转换效率(PCE)。这种OSC器件的PCE和机械柔性有待进一步加强。目前,大部分OSC基于刚性玻璃基板,而柔性OSC是其商业化应用的重要途径之一。
传统的硅太阳能由于制备流程复杂、硬件设备投资高,使得电池成本高,限制了更大规模的应用。因此,开发新型低成本太阳能电池具有重要的实际应用价值。选用制备工艺简单的新型电荷选择性材料(PEDOT:PSS(聚(3,4-亚乙二氧基s吩)-聚(b乙烯磺酸))与晶硅基片形成非掺杂的异质结太阳能电池,可以避免掺杂所需要的高温工艺,有望获得低成本的硅基异质结太阳能电池。PEDOT分散液的粘度实表征镀膜后稳定性的重要参数,粘度可在0。
但是这类异质结电池存在PEDOT:PSS材料本身空穴迁移率低,PEDOT:PSS/硅接触面性能差,以及硅/金属电极接触电阻高等问题,限制了电池转换效率的提高。针对这一些列问题,兰州大学物理科学与技术学院彭尚龙团队采用PEDOT:PSS材料改性、光吸收改善、硅纳米陷光结构的构筑、硅表面钝化和硅/金属界面接触电阻降低等策略,实现电池转换效率提升和成本降低,取得了一系列研究成果。为了制备高导电性PEDOT:PSS并避免破坏塑料衬底,一条路线是使用转移-印刷方法。
针对PEDOT:PSS薄膜导电性不高和载流子迁移率低等问题,通过将还原氧化石墨烯(rGO)引入到PEDOT:PSS薄膜中,实现了导电性提高和电池材料光吸收增强,并且通过电池结构的设计,终实现了电池转换效率30%的提升,使得电池转换效率达到12%。PSS在ITO基片上旋涂作为空穴传输层,并且在旋涂PEDOT∶PSS的过程中在与ITO玻璃平面垂直的方向施加一个诱导聚合物取向的高压电场,试验着重研究了所加电场强度对双层器件:ITO/PEDOT∶PSS/MEH-PPV/Al器件性能的影响。(Xinyu Jiang, Shanglong Peng*,et al.Appl. Sur. Sci., 2017, 407, 398-404.)
近期,理化技术研究所仿生材料与界面科学重点实验室江雷团队研究员王京霞与兰州大学郭金山合作,在PEDOT光子晶体上实现了多彩图案的水写和电擦。他们通过电聚合制备聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)光子晶体(PEDOT-IO-0),发现所制备PEDOT-IO具有四种状态和三种不同的开关形式:个开关是从PEDOT-IO-0到PEDOT-IO-I(中性态)的不可逆的还原过程。第二个开关是PEDOT-IO-I(中性态)和PEDOT-IO-I(氧化态)之间的可逆电化学过程,伴随着由于离子掺杂/脱掺杂引起的可逆带隙(结构颜色)变化。第三个开关是水处理PEDOT-IO-I(氧化态)形成PEDOT-IO-II,由于水诱导LiClO4分子(Li+和ClO4-离子)的去除和周期性结构收缩,引起光晶带隙的蓝移。这种杂化的薄膜提供了多条导电通道,有利于载流子的传输和电荷收集,从而增强了器件响应的可靠性。
通过将PEDOT-IO-1(Ox)水诱导LiClO4分子去除效应与PEDOT-IO-I的电化学调制相结合,可以实现可逆的水写/电擦多色光晶图案。该研究工作为基于光子晶体的光学材料和器件的制备提供新的思路。
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