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找技术 >一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜的制备方法,所述方法包括:使用含氯前驱物溶液浸泡纳米颗粒进行预处理,得到预处理后的纳米颗粒;将得到的纳米颗粒分散于溶剂中,得到纳米颗粒分散液;将纳米颗粒分散液沉积成薄膜,烘干溶剂,得到纳米颗粒薄膜。所述制备方法在低温下即可得到致密薄膜,可以适用于各种柔性基底上钙钛矿太阳能电池的制备,所述纳米颗粒薄膜用于柔性钙钛矿太阳能电池可以提高太阳能电池的稳定性,同时所述柔性钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率。
太阳能电池界面光电转化机制
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果着重于从原子尺度上理解界面处能源转化机理、实现物理调节,特别关注纳米体系和有机分子与半导体表面的电子注入的量子动力学模拟,揭示分子与表面电子相互作用的一般规律和能源转换过程的微观尺度机理。主要包括设计了染料敏化太阳能电池中染料分子结构,确定真实有机染料分子的精确吸附构型,研究表面电子结构及相互作用规律,以及对激发态电子注入和复合的微观动力学机制等。项目执行期间发表代表性学术论文约20篇,综述性论著3篇,科普文章2篇。 1. 新型染料分子结构设计 我们选用不含贵金属离子的纯有机染料分子,通过A吸附在半导体表面,电子受光激发从D转移到A再注入到半导体中。通过计算我们了解各种有机基团在这些部分所起的作用并设计新的染料分子,为实验和器件制造提供理论依据和参考。 2. 确定传统D-π-A染料-氰基丙烯酸染料的精确吸附构型 有机分子吸附构型是改变半导体光电性质的基本步骤,对于可见光区域吸收、电子注入、界面能级排列和器件稳定性有关键影响。 通过细致计算和简单的实验验证,选用M0和L1作为模型分子,我们首次提出这类分子通过-CN和羧基共同作吸附端吸附在TiO2表面。理论和实验研究证明-CN基团振动峰有5cm-1的移动,表明其参与吸附。这与之前文献中普遍假设的这类分子与传统钌复合物类似只以羧基吸附在表面的情形不同。这种三键的吸附构型在能量上更稳定;在电子结构上由于电子极化作用使TiO2导带底更靠近真空能级,有利于染料敏化太阳能电池产生更高的工作电压;分子动力学模拟中提取出的振动谱的信息与实验相比较也表明这种三键的吸附构型与实验更相符。 在实验上通过系统研究位于1607cm-1处的COO反对称振动峰的Raman谱随吸附条件的变化,我们能定量标定表面吸附的分子有多少比例处于这种三键构型。这是人们第一次定量标定染色电池纳米晶表面的分子构型。我们提出,COO反对称振动峰和CN振动峰是一个敏感的探针,可用于染料分子表面的构型测量。 3. 建立界面结构-器件性能的微观关系 通过对不同吸附构型的有机分子/TiO2界面体系进行含时密度泛函(TDDFT)电子激发态动力学模拟,初步建立起构型-性能之间的关系,特别是构型与电子注入时间和复合时间之间的直接联系。这在文献中还是第一次实现。 首先,基于含时密度泛函理论的模拟,我们发现电子注入与界面处原子振动正相关。特别是把染料分子固定在表面上的Ti-O键的振动,直接决定了电子能级和注入随时间振荡的关系。 研究了纯有机太阳能电池界面的分子构型,计算结构结构和光吸收、电子耦合的关系,发现水平排列的酞氰分子和C60电子耦合更强,且能够提供更高的开路电压。 我们发现含Ti-N键的三齿构型中由于界面电极距最大,导致TiO2导带底更靠近真空能级,产生更高的开路电压。受光激发后,这类构型有与其他构型相近的电子注入时间,而且其量子产率最大。在分子动力学模拟中这类构型也最稳定。 我们还首次发展了模拟电子复合过程的TDDFT计算方法。通过模拟界面复合过程,揭示了分子结构和能源转化效率的直接关系。 4. 发展第一性原理预言有机分子能源转化效率的方法 基于密度泛函理论,通过精确计算染料分子吸收谱、电子结构和电子注入以及复合的寿命,我们成功实现了无参数的第一性原理计算方法估测染料敏化太阳能电池的效率。我们的计算结果与相关实验非常一致,误差在1-2%以内。我们把这一系列算法命名为PANDORA。这个工作一方面有利于理解电池各个部分对于电池效率的影响;另一方面可以被看成一种虚拟的器件用来进行大规模的染料搜索来优化染料电池。 5. 人工调控染料敏化电池的效率 通过对有机分子/半导体界面能源转换过程微观机理的理解,我们在实验上尝试了一些人工调控太阳能效率的方法。我们发现曙红染料在不同的电解液环境中有不同的吸附构型,在溶剂中有水分子存在时,氢键辅助的单齿吸附转化为双齿桥位吸附,导致更高的TiO2导带位置和更高的开路电压。在有机溶剂中加入1%的水,电池效率升高30%。但加入更多的水,由于水增强复合过程,电池效率下降。增加L1分子吸附时的溶液pH值,能导致更多的L1分子采用含Ti-N键的三齿构型。我们发现在保持分子吸附量的前提下,更多的三齿构型吸附能导致开路电压升高40mV,从而提高了电池效率。同时,器件稳定性更强。 6. 激发态反应机理 用含时密度泛函动力学模拟研究了分子与一对纳米颗粒的等离激元的相互作用机理。揭示该耦合作用受到系统的对称性(分子垂直吸附或水平吸附)和激发能量的调控。 与合作者一起研究了光激发氢化石墨烯的超快动力学过程,发现低氢覆盖度下,即使很强的激发也不会产生氢脱附。但是在满氢覆盖度下,光激发会导致氢快速脱附。其原因在于高覆盖度下受激发的氢原子会受到周围氢原子的排斥,从而从表面脱离。
一种钙钛矿型纳米晶的制备方法
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种钙钛矿型纳米晶的制备方法,所述钙钛矿型纳米晶为CsPbXaYb,其中X选自Cl、Br或I中的任意一种,Y选自Cl、Br或I中的任意一种,X与Y不同,a≥0,b≥0,a b=3;所述方法包括将铯盐、长链烯烃以及油酸混合,在惰性气体保护下,加热反应,得到油酸铯溶液;将PbO、卤化铵以及长链烯烃混合,然后注入油胺和油酸,加热,在惰性气体保护下注入油酸铯溶液,反应,冷却,得到CsPbXaYb钙钛矿型纳米晶。所述方法合成钙钛矿纳米晶时可调控卤素的种类及比例,控制钙钛矿纳米晶性能,方法简单,且合成的钙钛矿纳米晶光电转化性能良好,同时合成原料采用低毒的PbO,绿色环保。
一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法,有机共轭小配体作为第一配体,一种具有两亲性二嵌段聚合物作为第二配体,二者与稀土元素氯化物溶液混合掺杂进行自组装形成有机稀土固体胶束,以此来提高稀土元素的荧光发射强度和荧光效率。然后将制备好的有机稀土固体胶束旋涂在太阳能电池的ITO层之上,制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。 制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。
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找技术 >一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池
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本发明涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜的制备方法,所述方法包括:使用含氯前驱物溶液浸泡纳米颗粒进行预处理,得到预处理后的纳米颗粒;将得到的纳米颗粒分散于溶剂中,得到纳米颗粒分散液;将纳米颗粒分散液沉积成薄膜,烘干溶剂,得到纳米颗粒薄膜。所述制备方法在低温下即可得到致密薄膜,可以适用于各种柔性基底上钙钛矿太阳能电池的制备,所述纳米颗粒薄膜用于柔性钙钛矿太阳能电池可以提高太阳能电池的稳定性,同时所述柔性钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率。
太阳能电池界面光电转化机制
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本成果着重于从原子尺度上理解界面处能源转化机理、实现物理调节,特别关注纳米体系和有机分子与半导体表面的电子注入的量子动力学模拟,揭示分子与表面电子相互作用的一般规律和能源转换过程的微观尺度机理。主要包括设计了染料敏化太阳能电池中染料分子结构,确定真实有机染料分子的精确吸附构型,研究表面电子结构及相互作用规律,以及对激发态电子注入和复合的微观动力学机制等。项目执行期间发表代表性学术论文约20篇,综述性论著3篇,科普文章2篇。 1. 新型染料分子结构设计 我们选用不含贵金属离子的纯有机染料分子,通过A吸附在半导体表面,电子受光激发从D转移到A再注入到半导体中。通过计算我们了解各种有机基团在这些部分所起的作用并设计新的染料分子,为实验和器件制造提供理论依据和参考。 2. 确定传统D-π-A染料-氰基丙烯酸染料的精确吸附构型 有机分子吸附构型是改变半导体光电性质的基本步骤,对于可见光区域吸收、电子注入、界面能级排列和器件稳定性有关键影响。 通过细致计算和简单的实验验证,选用M0和L1作为模型分子,我们首次提出这类分子通过-CN和羧基共同作吸附端吸附在TiO2表面。理论和实验研究证明-CN基团振动峰有5cm-1的移动,表明其参与吸附。这与之前文献中普遍假设的这类分子与传统钌复合物类似只以羧基吸附在表面的情形不同。这种三键的吸附构型在能量上更稳定;在电子结构上由于电子极化作用使TiO2导带底更靠近真空能级,有利于染料敏化太阳能电池产生更高的工作电压;分子动力学模拟中提取出的振动谱的信息与实验相比较也表明这种三键的吸附构型与实验更相符。 在实验上通过系统研究位于1607cm-1处的COO反对称振动峰的Raman谱随吸附条件的变化,我们能定量标定表面吸附的分子有多少比例处于这种三键构型。这是人们第一次定量标定染色电池纳米晶表面的分子构型。我们提出,COO反对称振动峰和CN振动峰是一个敏感的探针,可用于染料分子表面的构型测量。 3. 建立界面结构-器件性能的微观关系 通过对不同吸附构型的有机分子/TiO2界面体系进行含时密度泛函(TDDFT)电子激发态动力学模拟,初步建立起构型-性能之间的关系,特别是构型与电子注入时间和复合时间之间的直接联系。这在文献中还是第一次实现。 首先,基于含时密度泛函理论的模拟,我们发现电子注入与界面处原子振动正相关。特别是把染料分子固定在表面上的Ti-O键的振动,直接决定了电子能级和注入随时间振荡的关系。 研究了纯有机太阳能电池界面的分子构型,计算结构结构和光吸收、电子耦合的关系,发现水平排列的酞氰分子和C60电子耦合更强,且能够提供更高的开路电压。 我们发现含Ti-N键的三齿构型中由于界面电极距最大,导致TiO2导带底更靠近真空能级,产生更高的开路电压。受光激发后,这类构型有与其他构型相近的电子注入时间,而且其量子产率最大。在分子动力学模拟中这类构型也最稳定。 我们还首次发展了模拟电子复合过程的TDDFT计算方法。通过模拟界面复合过程,揭示了分子结构和能源转化效率的直接关系。 4. 发展第一性原理预言有机分子能源转化效率的方法 基于密度泛函理论,通过精确计算染料分子吸收谱、电子结构和电子注入以及复合的寿命,我们成功实现了无参数的第一性原理计算方法估测染料敏化太阳能电池的效率。我们的计算结果与相关实验非常一致,误差在1-2%以内。我们把这一系列算法命名为PANDORA。这个工作一方面有利于理解电池各个部分对于电池效率的影响;另一方面可以被看成一种虚拟的器件用来进行大规模的染料搜索来优化染料电池。 5. 人工调控染料敏化电池的效率 通过对有机分子/半导体界面能源转换过程微观机理的理解,我们在实验上尝试了一些人工调控太阳能效率的方法。我们发现曙红染料在不同的电解液环境中有不同的吸附构型,在溶剂中有水分子存在时,氢键辅助的单齿吸附转化为双齿桥位吸附,导致更高的TiO2导带位置和更高的开路电压。在有机溶剂中加入1%的水,电池效率升高30%。但加入更多的水,由于水增强复合过程,电池效率下降。增加L1分子吸附时的溶液pH值,能导致更多的L1分子采用含Ti-N键的三齿构型。我们发现在保持分子吸附量的前提下,更多的三齿构型吸附能导致开路电压升高40mV,从而提高了电池效率。同时,器件稳定性更强。 6. 激发态反应机理 用含时密度泛函动力学模拟研究了分子与一对纳米颗粒的等离激元的相互作用机理。揭示该耦合作用受到系统的对称性(分子垂直吸附或水平吸附)和激发能量的调控。 与合作者一起研究了光激发氢化石墨烯的超快动力学过程,发现低氢覆盖度下,即使很强的激发也不会产生氢脱附。但是在满氢覆盖度下,光激发会导致氢快速脱附。其原因在于高覆盖度下受激发的氢原子会受到周围氢原子的排斥,从而从表面脱离。
一种钙钛矿型纳米晶的制备方法
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本发明涉及一种钙钛矿型纳米晶的制备方法,所述钙钛矿型纳米晶为CsPbXaYb,其中X选自Cl、Br或I中的任意一种,Y选自Cl、Br或I中的任意一种,X与Y不同,a≥0,b≥0,a b=3;所述方法包括将铯盐、长链烯烃以及油酸混合,在惰性气体保护下,加热反应,得到油酸铯溶液;将PbO、卤化铵以及长链烯烃混合,然后注入油胺和油酸,加热,在惰性气体保护下注入油酸铯溶液,反应,冷却,得到CsPbXaYb钙钛矿型纳米晶。所述方法合成钙钛矿纳米晶时可调控卤素的种类及比例,控制钙钛矿纳米晶性能,方法简单,且合成的钙钛矿纳米晶光电转化性能良好,同时合成原料采用低毒的PbO,绿色环保。
一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法
成熟度:通过中试
技术类型:-
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本发明公开了一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法,有机共轭小配体作为第一配体,一种具有两亲性二嵌段聚合物作为第二配体,二者与稀土元素氯化物溶液混合掺杂进行自组装形成有机稀土固体胶束,以此来提高稀土元素的荧光发射强度和荧光效率。然后将制备好的有机稀土固体胶束旋涂在太阳能电池的ITO层之上,制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。 制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。
找到4项技术成果数据。
找技术 >一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜的制备方法,所述方法包括:使用含氯前驱物溶液浸泡纳米颗粒进行预处理,得到预处理后的纳米颗粒;将得到的纳米颗粒分散于溶剂中,得到纳米颗粒分散液;将纳米颗粒分散液沉积成薄膜,烘干溶剂,得到纳米颗粒薄膜。所述制备方法在低温下即可得到致密薄膜,可以适用于各种柔性基底上钙钛矿太阳能电池的制备,所述纳米颗粒薄膜用于柔性钙钛矿太阳能电池可以提高太阳能电池的稳定性,同时所述柔性钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率。
太阳能电池界面光电转化机制
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技术简介
本成果着重于从原子尺度上理解界面处能源转化机理、实现物理调节,特别关注纳米体系和有机分子与半导体表面的电子注入的量子动力学模拟,揭示分子与表面电子相互作用的一般规律和能源转换过程的微观尺度机理。主要包括设计了染料敏化太阳能电池中染料分子结构,确定真实有机染料分子的精确吸附构型,研究表面电子结构及相互作用规律,以及对激发态电子注入和复合的微观动力学机制等。项目执行期间发表代表性学术论文约20篇,综述性论著3篇,科普文章2篇。 1. 新型染料分子结构设计 我们选用不含贵金属离子的纯有机染料分子,通过A吸附在半导体表面,电子受光激发从D转移到A再注入到半导体中。通过计算我们了解各种有机基团在这些部分所起的作用并设计新的染料分子,为实验和器件制造提供理论依据和参考。 2. 确定传统D-π-A染料-氰基丙烯酸染料的精确吸附构型 有机分子吸附构型是改变半导体光电性质的基本步骤,对于可见光区域吸收、电子注入、界面能级排列和器件稳定性有关键影响。 通过细致计算和简单的实验验证,选用M0和L1作为模型分子,我们首次提出这类分子通过-CN和羧基共同作吸附端吸附在TiO2表面。理论和实验研究证明-CN基团振动峰有5cm-1的移动,表明其参与吸附。这与之前文献中普遍假设的这类分子与传统钌复合物类似只以羧基吸附在表面的情形不同。这种三键的吸附构型在能量上更稳定;在电子结构上由于电子极化作用使TiO2导带底更靠近真空能级,有利于染料敏化太阳能电池产生更高的工作电压;分子动力学模拟中提取出的振动谱的信息与实验相比较也表明这种三键的吸附构型与实验更相符。 在实验上通过系统研究位于1607cm-1处的COO反对称振动峰的Raman谱随吸附条件的变化,我们能定量标定表面吸附的分子有多少比例处于这种三键构型。这是人们第一次定量标定染色电池纳米晶表面的分子构型。我们提出,COO反对称振动峰和CN振动峰是一个敏感的探针,可用于染料分子表面的构型测量。 3. 建立界面结构-器件性能的微观关系 通过对不同吸附构型的有机分子/TiO2界面体系进行含时密度泛函(TDDFT)电子激发态动力学模拟,初步建立起构型-性能之间的关系,特别是构型与电子注入时间和复合时间之间的直接联系。这在文献中还是第一次实现。 首先,基于含时密度泛函理论的模拟,我们发现电子注入与界面处原子振动正相关。特别是把染料分子固定在表面上的Ti-O键的振动,直接决定了电子能级和注入随时间振荡的关系。 研究了纯有机太阳能电池界面的分子构型,计算结构结构和光吸收、电子耦合的关系,发现水平排列的酞氰分子和C60电子耦合更强,且能够提供更高的开路电压。 我们发现含Ti-N键的三齿构型中由于界面电极距最大,导致TiO2导带底更靠近真空能级,产生更高的开路电压。受光激发后,这类构型有与其他构型相近的电子注入时间,而且其量子产率最大。在分子动力学模拟中这类构型也最稳定。 我们还首次发展了模拟电子复合过程的TDDFT计算方法。通过模拟界面复合过程,揭示了分子结构和能源转化效率的直接关系。 4. 发展第一性原理预言有机分子能源转化效率的方法 基于密度泛函理论,通过精确计算染料分子吸收谱、电子结构和电子注入以及复合的寿命,我们成功实现了无参数的第一性原理计算方法估测染料敏化太阳能电池的效率。我们的计算结果与相关实验非常一致,误差在1-2%以内。我们把这一系列算法命名为PANDORA。这个工作一方面有利于理解电池各个部分对于电池效率的影响;另一方面可以被看成一种虚拟的器件用来进行大规模的染料搜索来优化染料电池。 5. 人工调控染料敏化电池的效率 通过对有机分子/半导体界面能源转换过程微观机理的理解,我们在实验上尝试了一些人工调控太阳能效率的方法。我们发现曙红染料在不同的电解液环境中有不同的吸附构型,在溶剂中有水分子存在时,氢键辅助的单齿吸附转化为双齿桥位吸附,导致更高的TiO2导带位置和更高的开路电压。在有机溶剂中加入1%的水,电池效率升高30%。但加入更多的水,由于水增强复合过程,电池效率下降。增加L1分子吸附时的溶液pH值,能导致更多的L1分子采用含Ti-N键的三齿构型。我们发现在保持分子吸附量的前提下,更多的三齿构型吸附能导致开路电压升高40mV,从而提高了电池效率。同时,器件稳定性更强。 6. 激发态反应机理 用含时密度泛函动力学模拟研究了分子与一对纳米颗粒的等离激元的相互作用机理。揭示该耦合作用受到系统的对称性(分子垂直吸附或水平吸附)和激发能量的调控。 与合作者一起研究了光激发氢化石墨烯的超快动力学过程,发现低氢覆盖度下,即使很强的激发也不会产生氢脱附。但是在满氢覆盖度下,光激发会导致氢快速脱附。其原因在于高覆盖度下受激发的氢原子会受到周围氢原子的排斥,从而从表面脱离。
一种钙钛矿型纳米晶的制备方法
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本发明涉及一种钙钛矿型纳米晶的制备方法,所述钙钛矿型纳米晶为CsPbXaYb,其中X选自Cl、Br或I中的任意一种,Y选自Cl、Br或I中的任意一种,X与Y不同,a≥0,b≥0,a b=3;所述方法包括将铯盐、长链烯烃以及油酸混合,在惰性气体保护下,加热反应,得到油酸铯溶液;将PbO、卤化铵以及长链烯烃混合,然后注入油胺和油酸,加热,在惰性气体保护下注入油酸铯溶液,反应,冷却,得到CsPbXaYb钙钛矿型纳米晶。所述方法合成钙钛矿纳米晶时可调控卤素的种类及比例,控制钙钛矿纳米晶性能,方法简单,且合成的钙钛矿纳米晶光电转化性能良好,同时合成原料采用低毒的PbO,绿色环保。
一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法,有机共轭小配体作为第一配体,一种具有两亲性二嵌段聚合物作为第二配体,二者与稀土元素氯化物溶液混合掺杂进行自组装形成有机稀土固体胶束,以此来提高稀土元素的荧光发射强度和荧光效率。然后将制备好的有机稀土固体胶束旋涂在太阳能电池的ITO层之上,制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。 制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。
找到4项技术成果数据。
找技术 >一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜的制备方法,所述方法包括:使用含氯前驱物溶液浸泡纳米颗粒进行预处理,得到预处理后的纳米颗粒;将得到的纳米颗粒分散于溶剂中,得到纳米颗粒分散液;将纳米颗粒分散液沉积成薄膜,烘干溶剂,得到纳米颗粒薄膜。所述制备方法在低温下即可得到致密薄膜,可以适用于各种柔性基底上钙钛矿太阳能电池的制备,所述纳米颗粒薄膜用于柔性钙钛矿太阳能电池可以提高太阳能电池的稳定性,同时所述柔性钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率。
太阳能电池界面光电转化机制
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果着重于从原子尺度上理解界面处能源转化机理、实现物理调节,特别关注纳米体系和有机分子与半导体表面的电子注入的量子动力学模拟,揭示分子与表面电子相互作用的一般规律和能源转换过程的微观尺度机理。主要包括设计了染料敏化太阳能电池中染料分子结构,确定真实有机染料分子的精确吸附构型,研究表面电子结构及相互作用规律,以及对激发态电子注入和复合的微观动力学机制等。项目执行期间发表代表性学术论文约20篇,综述性论著3篇,科普文章2篇。 1. 新型染料分子结构设计 我们选用不含贵金属离子的纯有机染料分子,通过A吸附在半导体表面,电子受光激发从D转移到A再注入到半导体中。通过计算我们了解各种有机基团在这些部分所起的作用并设计新的染料分子,为实验和器件制造提供理论依据和参考。 2. 确定传统D-π-A染料-氰基丙烯酸染料的精确吸附构型 有机分子吸附构型是改变半导体光电性质的基本步骤,对于可见光区域吸收、电子注入、界面能级排列和器件稳定性有关键影响。 通过细致计算和简单的实验验证,选用M0和L1作为模型分子,我们首次提出这类分子通过-CN和羧基共同作吸附端吸附在TiO2表面。理论和实验研究证明-CN基团振动峰有5cm-1的移动,表明其参与吸附。这与之前文献中普遍假设的这类分子与传统钌复合物类似只以羧基吸附在表面的情形不同。这种三键的吸附构型在能量上更稳定;在电子结构上由于电子极化作用使TiO2导带底更靠近真空能级,有利于染料敏化太阳能电池产生更高的工作电压;分子动力学模拟中提取出的振动谱的信息与实验相比较也表明这种三键的吸附构型与实验更相符。 在实验上通过系统研究位于1607cm-1处的COO反对称振动峰的Raman谱随吸附条件的变化,我们能定量标定表面吸附的分子有多少比例处于这种三键构型。这是人们第一次定量标定染色电池纳米晶表面的分子构型。我们提出,COO反对称振动峰和CN振动峰是一个敏感的探针,可用于染料分子表面的构型测量。 3. 建立界面结构-器件性能的微观关系 通过对不同吸附构型的有机分子/TiO2界面体系进行含时密度泛函(TDDFT)电子激发态动力学模拟,初步建立起构型-性能之间的关系,特别是构型与电子注入时间和复合时间之间的直接联系。这在文献中还是第一次实现。 首先,基于含时密度泛函理论的模拟,我们发现电子注入与界面处原子振动正相关。特别是把染料分子固定在表面上的Ti-O键的振动,直接决定了电子能级和注入随时间振荡的关系。 研究了纯有机太阳能电池界面的分子构型,计算结构结构和光吸收、电子耦合的关系,发现水平排列的酞氰分子和C60电子耦合更强,且能够提供更高的开路电压。 我们发现含Ti-N键的三齿构型中由于界面电极距最大,导致TiO2导带底更靠近真空能级,产生更高的开路电压。受光激发后,这类构型有与其他构型相近的电子注入时间,而且其量子产率最大。在分子动力学模拟中这类构型也最稳定。 我们还首次发展了模拟电子复合过程的TDDFT计算方法。通过模拟界面复合过程,揭示了分子结构和能源转化效率的直接关系。 4. 发展第一性原理预言有机分子能源转化效率的方法 基于密度泛函理论,通过精确计算染料分子吸收谱、电子结构和电子注入以及复合的寿命,我们成功实现了无参数的第一性原理计算方法估测染料敏化太阳能电池的效率。我们的计算结果与相关实验非常一致,误差在1-2%以内。我们把这一系列算法命名为PANDORA。这个工作一方面有利于理解电池各个部分对于电池效率的影响;另一方面可以被看成一种虚拟的器件用来进行大规模的染料搜索来优化染料电池。 5. 人工调控染料敏化电池的效率 通过对有机分子/半导体界面能源转换过程微观机理的理解,我们在实验上尝试了一些人工调控太阳能效率的方法。我们发现曙红染料在不同的电解液环境中有不同的吸附构型,在溶剂中有水分子存在时,氢键辅助的单齿吸附转化为双齿桥位吸附,导致更高的TiO2导带位置和更高的开路电压。在有机溶剂中加入1%的水,电池效率升高30%。但加入更多的水,由于水增强复合过程,电池效率下降。增加L1分子吸附时的溶液pH值,能导致更多的L1分子采用含Ti-N键的三齿构型。我们发现在保持分子吸附量的前提下,更多的三齿构型吸附能导致开路电压升高40mV,从而提高了电池效率。同时,器件稳定性更强。 6. 激发态反应机理 用含时密度泛函动力学模拟研究了分子与一对纳米颗粒的等离激元的相互作用机理。揭示该耦合作用受到系统的对称性(分子垂直吸附或水平吸附)和激发能量的调控。 与合作者一起研究了光激发氢化石墨烯的超快动力学过程,发现低氢覆盖度下,即使很强的激发也不会产生氢脱附。但是在满氢覆盖度下,光激发会导致氢快速脱附。其原因在于高覆盖度下受激发的氢原子会受到周围氢原子的排斥,从而从表面脱离。
一种钙钛矿型纳米晶的制备方法
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种钙钛矿型纳米晶的制备方法,所述钙钛矿型纳米晶为CsPbXaYb,其中X选自Cl、Br或I中的任意一种,Y选自Cl、Br或I中的任意一种,X与Y不同,a≥0,b≥0,a b=3;所述方法包括将铯盐、长链烯烃以及油酸混合,在惰性气体保护下,加热反应,得到油酸铯溶液;将PbO、卤化铵以及长链烯烃混合,然后注入油胺和油酸,加热,在惰性气体保护下注入油酸铯溶液,反应,冷却,得到CsPbXaYb钙钛矿型纳米晶。所述方法合成钙钛矿纳米晶时可调控卤素的种类及比例,控制钙钛矿纳米晶性能,方法简单,且合成的钙钛矿纳米晶光电转化性能良好,同时合成原料采用低毒的PbO,绿色环保。
一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法,有机共轭小配体作为第一配体,一种具有两亲性二嵌段聚合物作为第二配体,二者与稀土元素氯化物溶液混合掺杂进行自组装形成有机稀土固体胶束,以此来提高稀土元素的荧光发射强度和荧光效率。然后将制备好的有机稀土固体胶束旋涂在太阳能电池的ITO层之上,制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。 制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。
找到4项技术成果数据。
找技术 >一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜的制备方法,所述方法包括:使用含氯前驱物溶液浸泡纳米颗粒进行预处理,得到预处理后的纳米颗粒;将得到的纳米颗粒分散于溶剂中,得到纳米颗粒分散液;将纳米颗粒分散液沉积成薄膜,烘干溶剂,得到纳米颗粒薄膜。所述制备方法在低温下即可得到致密薄膜,可以适用于各种柔性基底上钙钛矿太阳能电池的制备,所述纳米颗粒薄膜用于柔性钙钛矿太阳能电池可以提高太阳能电池的稳定性,同时所述柔性钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率。
太阳能电池界面光电转化机制
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果着重于从原子尺度上理解界面处能源转化机理、实现物理调节,特别关注纳米体系和有机分子与半导体表面的电子注入的量子动力学模拟,揭示分子与表面电子相互作用的一般规律和能源转换过程的微观尺度机理。主要包括设计了染料敏化太阳能电池中染料分子结构,确定真实有机染料分子的精确吸附构型,研究表面电子结构及相互作用规律,以及对激发态电子注入和复合的微观动力学机制等。项目执行期间发表代表性学术论文约20篇,综述性论著3篇,科普文章2篇。 1. 新型染料分子结构设计 我们选用不含贵金属离子的纯有机染料分子,通过A吸附在半导体表面,电子受光激发从D转移到A再注入到半导体中。通过计算我们了解各种有机基团在这些部分所起的作用并设计新的染料分子,为实验和器件制造提供理论依据和参考。 2. 确定传统D-π-A染料-氰基丙烯酸染料的精确吸附构型 有机分子吸附构型是改变半导体光电性质的基本步骤,对于可见光区域吸收、电子注入、界面能级排列和器件稳定性有关键影响。 通过细致计算和简单的实验验证,选用M0和L1作为模型分子,我们首次提出这类分子通过-CN和羧基共同作吸附端吸附在TiO2表面。理论和实验研究证明-CN基团振动峰有5cm-1的移动,表明其参与吸附。这与之前文献中普遍假设的这类分子与传统钌复合物类似只以羧基吸附在表面的情形不同。这种三键的吸附构型在能量上更稳定;在电子结构上由于电子极化作用使TiO2导带底更靠近真空能级,有利于染料敏化太阳能电池产生更高的工作电压;分子动力学模拟中提取出的振动谱的信息与实验相比较也表明这种三键的吸附构型与实验更相符。 在实验上通过系统研究位于1607cm-1处的COO反对称振动峰的Raman谱随吸附条件的变化,我们能定量标定表面吸附的分子有多少比例处于这种三键构型。这是人们第一次定量标定染色电池纳米晶表面的分子构型。我们提出,COO反对称振动峰和CN振动峰是一个敏感的探针,可用于染料分子表面的构型测量。 3. 建立界面结构-器件性能的微观关系 通过对不同吸附构型的有机分子/TiO2界面体系进行含时密度泛函(TDDFT)电子激发态动力学模拟,初步建立起构型-性能之间的关系,特别是构型与电子注入时间和复合时间之间的直接联系。这在文献中还是第一次实现。 首先,基于含时密度泛函理论的模拟,我们发现电子注入与界面处原子振动正相关。特别是把染料分子固定在表面上的Ti-O键的振动,直接决定了电子能级和注入随时间振荡的关系。 研究了纯有机太阳能电池界面的分子构型,计算结构结构和光吸收、电子耦合的关系,发现水平排列的酞氰分子和C60电子耦合更强,且能够提供更高的开路电压。 我们发现含Ti-N键的三齿构型中由于界面电极距最大,导致TiO2导带底更靠近真空能级,产生更高的开路电压。受光激发后,这类构型有与其他构型相近的电子注入时间,而且其量子产率最大。在分子动力学模拟中这类构型也最稳定。 我们还首次发展了模拟电子复合过程的TDDFT计算方法。通过模拟界面复合过程,揭示了分子结构和能源转化效率的直接关系。 4. 发展第一性原理预言有机分子能源转化效率的方法 基于密度泛函理论,通过精确计算染料分子吸收谱、电子结构和电子注入以及复合的寿命,我们成功实现了无参数的第一性原理计算方法估测染料敏化太阳能电池的效率。我们的计算结果与相关实验非常一致,误差在1-2%以内。我们把这一系列算法命名为PANDORA。这个工作一方面有利于理解电池各个部分对于电池效率的影响;另一方面可以被看成一种虚拟的器件用来进行大规模的染料搜索来优化染料电池。 5. 人工调控染料敏化电池的效率 通过对有机分子/半导体界面能源转换过程微观机理的理解,我们在实验上尝试了一些人工调控太阳能效率的方法。我们发现曙红染料在不同的电解液环境中有不同的吸附构型,在溶剂中有水分子存在时,氢键辅助的单齿吸附转化为双齿桥位吸附,导致更高的TiO2导带位置和更高的开路电压。在有机溶剂中加入1%的水,电池效率升高30%。但加入更多的水,由于水增强复合过程,电池效率下降。增加L1分子吸附时的溶液pH值,能导致更多的L1分子采用含Ti-N键的三齿构型。我们发现在保持分子吸附量的前提下,更多的三齿构型吸附能导致开路电压升高40mV,从而提高了电池效率。同时,器件稳定性更强。 6. 激发态反应机理 用含时密度泛函动力学模拟研究了分子与一对纳米颗粒的等离激元的相互作用机理。揭示该耦合作用受到系统的对称性(分子垂直吸附或水平吸附)和激发能量的调控。 与合作者一起研究了光激发氢化石墨烯的超快动力学过程,发现低氢覆盖度下,即使很强的激发也不会产生氢脱附。但是在满氢覆盖度下,光激发会导致氢快速脱附。其原因在于高覆盖度下受激发的氢原子会受到周围氢原子的排斥,从而从表面脱离。
一种钙钛矿型纳米晶的制备方法
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
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本发明涉及一种钙钛矿型纳米晶的制备方法,所述钙钛矿型纳米晶为CsPbXaYb,其中X选自Cl、Br或I中的任意一种,Y选自Cl、Br或I中的任意一种,X与Y不同,a≥0,b≥0,a b=3;所述方法包括将铯盐、长链烯烃以及油酸混合,在惰性气体保护下,加热反应,得到油酸铯溶液;将PbO、卤化铵以及长链烯烃混合,然后注入油胺和油酸,加热,在惰性气体保护下注入油酸铯溶液,反应,冷却,得到CsPbXaYb钙钛矿型纳米晶。所述方法合成钙钛矿纳米晶时可调控卤素的种类及比例,控制钙钛矿纳米晶性能,方法简单,且合成的钙钛矿纳米晶光电转化性能良好,同时合成原料采用低毒的PbO,绿色环保。
一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法
成熟度:通过中试
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本发明公开了一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法,有机共轭小配体作为第一配体,一种具有两亲性二嵌段聚合物作为第二配体,二者与稀土元素氯化物溶液混合掺杂进行自组装形成有机稀土固体胶束,以此来提高稀土元素的荧光发射强度和荧光效率。然后将制备好的有机稀土固体胶束旋涂在太阳能电池的ITO层之上,制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。 制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。
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找技术 >一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池
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本发明涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜的制备方法,所述方法包括:使用含氯前驱物溶液浸泡纳米颗粒进行预处理,得到预处理后的纳米颗粒;将得到的纳米颗粒分散于溶剂中,得到纳米颗粒分散液;将纳米颗粒分散液沉积成薄膜,烘干溶剂,得到纳米颗粒薄膜。所述制备方法在低温下即可得到致密薄膜,可以适用于各种柔性基底上钙钛矿太阳能电池的制备,所述纳米颗粒薄膜用于柔性钙钛矿太阳能电池可以提高太阳能电池的稳定性,同时所述柔性钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率。
太阳能电池界面光电转化机制
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本成果着重于从原子尺度上理解界面处能源转化机理、实现物理调节,特别关注纳米体系和有机分子与半导体表面的电子注入的量子动力学模拟,揭示分子与表面电子相互作用的一般规律和能源转换过程的微观尺度机理。主要包括设计了染料敏化太阳能电池中染料分子结构,确定真实有机染料分子的精确吸附构型,研究表面电子结构及相互作用规律,以及对激发态电子注入和复合的微观动力学机制等。项目执行期间发表代表性学术论文约20篇,综述性论著3篇,科普文章2篇。 1. 新型染料分子结构设计 我们选用不含贵金属离子的纯有机染料分子,通过A吸附在半导体表面,电子受光激发从D转移到A再注入到半导体中。通过计算我们了解各种有机基团在这些部分所起的作用并设计新的染料分子,为实验和器件制造提供理论依据和参考。 2. 确定传统D-π-A染料-氰基丙烯酸染料的精确吸附构型 有机分子吸附构型是改变半导体光电性质的基本步骤,对于可见光区域吸收、电子注入、界面能级排列和器件稳定性有关键影响。 通过细致计算和简单的实验验证,选用M0和L1作为模型分子,我们首次提出这类分子通过-CN和羧基共同作吸附端吸附在TiO2表面。理论和实验研究证明-CN基团振动峰有5cm-1的移动,表明其参与吸附。这与之前文献中普遍假设的这类分子与传统钌复合物类似只以羧基吸附在表面的情形不同。这种三键的吸附构型在能量上更稳定;在电子结构上由于电子极化作用使TiO2导带底更靠近真空能级,有利于染料敏化太阳能电池产生更高的工作电压;分子动力学模拟中提取出的振动谱的信息与实验相比较也表明这种三键的吸附构型与实验更相符。 在实验上通过系统研究位于1607cm-1处的COO反对称振动峰的Raman谱随吸附条件的变化,我们能定量标定表面吸附的分子有多少比例处于这种三键构型。这是人们第一次定量标定染色电池纳米晶表面的分子构型。我们提出,COO反对称振动峰和CN振动峰是一个敏感的探针,可用于染料分子表面的构型测量。 3. 建立界面结构-器件性能的微观关系 通过对不同吸附构型的有机分子/TiO2界面体系进行含时密度泛函(TDDFT)电子激发态动力学模拟,初步建立起构型-性能之间的关系,特别是构型与电子注入时间和复合时间之间的直接联系。这在文献中还是第一次实现。 首先,基于含时密度泛函理论的模拟,我们发现电子注入与界面处原子振动正相关。特别是把染料分子固定在表面上的Ti-O键的振动,直接决定了电子能级和注入随时间振荡的关系。 研究了纯有机太阳能电池界面的分子构型,计算结构结构和光吸收、电子耦合的关系,发现水平排列的酞氰分子和C60电子耦合更强,且能够提供更高的开路电压。 我们发现含Ti-N键的三齿构型中由于界面电极距最大,导致TiO2导带底更靠近真空能级,产生更高的开路电压。受光激发后,这类构型有与其他构型相近的电子注入时间,而且其量子产率最大。在分子动力学模拟中这类构型也最稳定。 我们还首次发展了模拟电子复合过程的TDDFT计算方法。通过模拟界面复合过程,揭示了分子结构和能源转化效率的直接关系。 4. 发展第一性原理预言有机分子能源转化效率的方法 基于密度泛函理论,通过精确计算染料分子吸收谱、电子结构和电子注入以及复合的寿命,我们成功实现了无参数的第一性原理计算方法估测染料敏化太阳能电池的效率。我们的计算结果与相关实验非常一致,误差在1-2%以内。我们把这一系列算法命名为PANDORA。这个工作一方面有利于理解电池各个部分对于电池效率的影响;另一方面可以被看成一种虚拟的器件用来进行大规模的染料搜索来优化染料电池。 5. 人工调控染料敏化电池的效率 通过对有机分子/半导体界面能源转换过程微观机理的理解,我们在实验上尝试了一些人工调控太阳能效率的方法。我们发现曙红染料在不同的电解液环境中有不同的吸附构型,在溶剂中有水分子存在时,氢键辅助的单齿吸附转化为双齿桥位吸附,导致更高的TiO2导带位置和更高的开路电压。在有机溶剂中加入1%的水,电池效率升高30%。但加入更多的水,由于水增强复合过程,电池效率下降。增加L1分子吸附时的溶液pH值,能导致更多的L1分子采用含Ti-N键的三齿构型。我们发现在保持分子吸附量的前提下,更多的三齿构型吸附能导致开路电压升高40mV,从而提高了电池效率。同时,器件稳定性更强。 6. 激发态反应机理 用含时密度泛函动力学模拟研究了分子与一对纳米颗粒的等离激元的相互作用机理。揭示该耦合作用受到系统的对称性(分子垂直吸附或水平吸附)和激发能量的调控。 与合作者一起研究了光激发氢化石墨烯的超快动力学过程,发现低氢覆盖度下,即使很强的激发也不会产生氢脱附。但是在满氢覆盖度下,光激发会导致氢快速脱附。其原因在于高覆盖度下受激发的氢原子会受到周围氢原子的排斥,从而从表面脱离。
一种钙钛矿型纳米晶的制备方法
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种钙钛矿型纳米晶的制备方法,所述钙钛矿型纳米晶为CsPbXaYb,其中X选自Cl、Br或I中的任意一种,Y选自Cl、Br或I中的任意一种,X与Y不同,a≥0,b≥0,a b=3;所述方法包括将铯盐、长链烯烃以及油酸混合,在惰性气体保护下,加热反应,得到油酸铯溶液;将PbO、卤化铵以及长链烯烃混合,然后注入油胺和油酸,加热,在惰性气体保护下注入油酸铯溶液,反应,冷却,得到CsPbXaYb钙钛矿型纳米晶。所述方法合成钙钛矿纳米晶时可调控卤素的种类及比例,控制钙钛矿纳米晶性能,方法简单,且合成的钙钛矿纳米晶光电转化性能良好,同时合成原料采用低毒的PbO,绿色环保。
一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法,有机共轭小配体作为第一配体,一种具有两亲性二嵌段聚合物作为第二配体,二者与稀土元素氯化物溶液混合掺杂进行自组装形成有机稀土固体胶束,以此来提高稀土元素的荧光发射强度和荧光效率。然后将制备好的有机稀土固体胶束旋涂在太阳能电池的ITO层之上,制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。 制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。
找到4项技术成果数据。
找技术 >一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜的制备方法,所述方法包括:使用含氯前驱物溶液浸泡纳米颗粒进行预处理,得到预处理后的纳米颗粒;将得到的纳米颗粒分散于溶剂中,得到纳米颗粒分散液;将纳米颗粒分散液沉积成薄膜,烘干溶剂,得到纳米颗粒薄膜。所述制备方法在低温下即可得到致密薄膜,可以适用于各种柔性基底上钙钛矿太阳能电池的制备,所述纳米颗粒薄膜用于柔性钙钛矿太阳能电池可以提高太阳能电池的稳定性,同时所述柔性钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率。
太阳能电池界面光电转化机制
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果着重于从原子尺度上理解界面处能源转化机理、实现物理调节,特别关注纳米体系和有机分子与半导体表面的电子注入的量子动力学模拟,揭示分子与表面电子相互作用的一般规律和能源转换过程的微观尺度机理。主要包括设计了染料敏化太阳能电池中染料分子结构,确定真实有机染料分子的精确吸附构型,研究表面电子结构及相互作用规律,以及对激发态电子注入和复合的微观动力学机制等。项目执行期间发表代表性学术论文约20篇,综述性论著3篇,科普文章2篇。 1. 新型染料分子结构设计 我们选用不含贵金属离子的纯有机染料分子,通过A吸附在半导体表面,电子受光激发从D转移到A再注入到半导体中。通过计算我们了解各种有机基团在这些部分所起的作用并设计新的染料分子,为实验和器件制造提供理论依据和参考。 2. 确定传统D-π-A染料-氰基丙烯酸染料的精确吸附构型 有机分子吸附构型是改变半导体光电性质的基本步骤,对于可见光区域吸收、电子注入、界面能级排列和器件稳定性有关键影响。 通过细致计算和简单的实验验证,选用M0和L1作为模型分子,我们首次提出这类分子通过-CN和羧基共同作吸附端吸附在TiO2表面。理论和实验研究证明-CN基团振动峰有5cm-1的移动,表明其参与吸附。这与之前文献中普遍假设的这类分子与传统钌复合物类似只以羧基吸附在表面的情形不同。这种三键的吸附构型在能量上更稳定;在电子结构上由于电子极化作用使TiO2导带底更靠近真空能级,有利于染料敏化太阳能电池产生更高的工作电压;分子动力学模拟中提取出的振动谱的信息与实验相比较也表明这种三键的吸附构型与实验更相符。 在实验上通过系统研究位于1607cm-1处的COO反对称振动峰的Raman谱随吸附条件的变化,我们能定量标定表面吸附的分子有多少比例处于这种三键构型。这是人们第一次定量标定染色电池纳米晶表面的分子构型。我们提出,COO反对称振动峰和CN振动峰是一个敏感的探针,可用于染料分子表面的构型测量。 3. 建立界面结构-器件性能的微观关系 通过对不同吸附构型的有机分子/TiO2界面体系进行含时密度泛函(TDDFT)电子激发态动力学模拟,初步建立起构型-性能之间的关系,特别是构型与电子注入时间和复合时间之间的直接联系。这在文献中还是第一次实现。 首先,基于含时密度泛函理论的模拟,我们发现电子注入与界面处原子振动正相关。特别是把染料分子固定在表面上的Ti-O键的振动,直接决定了电子能级和注入随时间振荡的关系。 研究了纯有机太阳能电池界面的分子构型,计算结构结构和光吸收、电子耦合的关系,发现水平排列的酞氰分子和C60电子耦合更强,且能够提供更高的开路电压。 我们发现含Ti-N键的三齿构型中由于界面电极距最大,导致TiO2导带底更靠近真空能级,产生更高的开路电压。受光激发后,这类构型有与其他构型相近的电子注入时间,而且其量子产率最大。在分子动力学模拟中这类构型也最稳定。 我们还首次发展了模拟电子复合过程的TDDFT计算方法。通过模拟界面复合过程,揭示了分子结构和能源转化效率的直接关系。 4. 发展第一性原理预言有机分子能源转化效率的方法 基于密度泛函理论,通过精确计算染料分子吸收谱、电子结构和电子注入以及复合的寿命,我们成功实现了无参数的第一性原理计算方法估测染料敏化太阳能电池的效率。我们的计算结果与相关实验非常一致,误差在1-2%以内。我们把这一系列算法命名为PANDORA。这个工作一方面有利于理解电池各个部分对于电池效率的影响;另一方面可以被看成一种虚拟的器件用来进行大规模的染料搜索来优化染料电池。 5. 人工调控染料敏化电池的效率 通过对有机分子/半导体界面能源转换过程微观机理的理解,我们在实验上尝试了一些人工调控太阳能效率的方法。我们发现曙红染料在不同的电解液环境中有不同的吸附构型,在溶剂中有水分子存在时,氢键辅助的单齿吸附转化为双齿桥位吸附,导致更高的TiO2导带位置和更高的开路电压。在有机溶剂中加入1%的水,电池效率升高30%。但加入更多的水,由于水增强复合过程,电池效率下降。增加L1分子吸附时的溶液pH值,能导致更多的L1分子采用含Ti-N键的三齿构型。我们发现在保持分子吸附量的前提下,更多的三齿构型吸附能导致开路电压升高40mV,从而提高了电池效率。同时,器件稳定性更强。 6. 激发态反应机理 用含时密度泛函动力学模拟研究了分子与一对纳米颗粒的等离激元的相互作用机理。揭示该耦合作用受到系统的对称性(分子垂直吸附或水平吸附)和激发能量的调控。 与合作者一起研究了光激发氢化石墨烯的超快动力学过程,发现低氢覆盖度下,即使很强的激发也不会产生氢脱附。但是在满氢覆盖度下,光激发会导致氢快速脱附。其原因在于高覆盖度下受激发的氢原子会受到周围氢原子的排斥,从而从表面脱离。
一种钙钛矿型纳米晶的制备方法
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种钙钛矿型纳米晶的制备方法,所述钙钛矿型纳米晶为CsPbXaYb,其中X选自Cl、Br或I中的任意一种,Y选自Cl、Br或I中的任意一种,X与Y不同,a≥0,b≥0,a b=3;所述方法包括将铯盐、长链烯烃以及油酸混合,在惰性气体保护下,加热反应,得到油酸铯溶液;将PbO、卤化铵以及长链烯烃混合,然后注入油胺和油酸,加热,在惰性气体保护下注入油酸铯溶液,反应,冷却,得到CsPbXaYb钙钛矿型纳米晶。所述方法合成钙钛矿纳米晶时可调控卤素的种类及比例,控制钙钛矿纳米晶性能,方法简单,且合成的钙钛矿纳米晶光电转化性能良好,同时合成原料采用低毒的PbO,绿色环保。
一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法,有机共轭小配体作为第一配体,一种具有两亲性二嵌段聚合物作为第二配体,二者与稀土元素氯化物溶液混合掺杂进行自组装形成有机稀土固体胶束,以此来提高稀土元素的荧光发射强度和荧光效率。然后将制备好的有机稀土固体胶束旋涂在太阳能电池的ITO层之上,制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。 制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。
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找技术 >一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜的制备方法,所述方法包括:使用含氯前驱物溶液浸泡纳米颗粒进行预处理,得到预处理后的纳米颗粒;将得到的纳米颗粒分散于溶剂中,得到纳米颗粒分散液;将纳米颗粒分散液沉积成薄膜,烘干溶剂,得到纳米颗粒薄膜。所述制备方法在低温下即可得到致密薄膜,可以适用于各种柔性基底上钙钛矿太阳能电池的制备,所述纳米颗粒薄膜用于柔性钙钛矿太阳能电池可以提高太阳能电池的稳定性,同时所述柔性钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率。
太阳能电池界面光电转化机制
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果着重于从原子尺度上理解界面处能源转化机理、实现物理调节,特别关注纳米体系和有机分子与半导体表面的电子注入的量子动力学模拟,揭示分子与表面电子相互作用的一般规律和能源转换过程的微观尺度机理。主要包括设计了染料敏化太阳能电池中染料分子结构,确定真实有机染料分子的精确吸附构型,研究表面电子结构及相互作用规律,以及对激发态电子注入和复合的微观动力学机制等。项目执行期间发表代表性学术论文约20篇,综述性论著3篇,科普文章2篇。 1. 新型染料分子结构设计 我们选用不含贵金属离子的纯有机染料分子,通过A吸附在半导体表面,电子受光激发从D转移到A再注入到半导体中。通过计算我们了解各种有机基团在这些部分所起的作用并设计新的染料分子,为实验和器件制造提供理论依据和参考。 2. 确定传统D-π-A染料-氰基丙烯酸染料的精确吸附构型 有机分子吸附构型是改变半导体光电性质的基本步骤,对于可见光区域吸收、电子注入、界面能级排列和器件稳定性有关键影响。 通过细致计算和简单的实验验证,选用M0和L1作为模型分子,我们首次提出这类分子通过-CN和羧基共同作吸附端吸附在TiO2表面。理论和实验研究证明-CN基团振动峰有5cm-1的移动,表明其参与吸附。这与之前文献中普遍假设的这类分子与传统钌复合物类似只以羧基吸附在表面的情形不同。这种三键的吸附构型在能量上更稳定;在电子结构上由于电子极化作用使TiO2导带底更靠近真空能级,有利于染料敏化太阳能电池产生更高的工作电压;分子动力学模拟中提取出的振动谱的信息与实验相比较也表明这种三键的吸附构型与实验更相符。 在实验上通过系统研究位于1607cm-1处的COO反对称振动峰的Raman谱随吸附条件的变化,我们能定量标定表面吸附的分子有多少比例处于这种三键构型。这是人们第一次定量标定染色电池纳米晶表面的分子构型。我们提出,COO反对称振动峰和CN振动峰是一个敏感的探针,可用于染料分子表面的构型测量。 3. 建立界面结构-器件性能的微观关系 通过对不同吸附构型的有机分子/TiO2界面体系进行含时密度泛函(TDDFT)电子激发态动力学模拟,初步建立起构型-性能之间的关系,特别是构型与电子注入时间和复合时间之间的直接联系。这在文献中还是第一次实现。 首先,基于含时密度泛函理论的模拟,我们发现电子注入与界面处原子振动正相关。特别是把染料分子固定在表面上的Ti-O键的振动,直接决定了电子能级和注入随时间振荡的关系。 研究了纯有机太阳能电池界面的分子构型,计算结构结构和光吸收、电子耦合的关系,发现水平排列的酞氰分子和C60电子耦合更强,且能够提供更高的开路电压。 我们发现含Ti-N键的三齿构型中由于界面电极距最大,导致TiO2导带底更靠近真空能级,产生更高的开路电压。受光激发后,这类构型有与其他构型相近的电子注入时间,而且其量子产率最大。在分子动力学模拟中这类构型也最稳定。 我们还首次发展了模拟电子复合过程的TDDFT计算方法。通过模拟界面复合过程,揭示了分子结构和能源转化效率的直接关系。 4. 发展第一性原理预言有机分子能源转化效率的方法 基于密度泛函理论,通过精确计算染料分子吸收谱、电子结构和电子注入以及复合的寿命,我们成功实现了无参数的第一性原理计算方法估测染料敏化太阳能电池的效率。我们的计算结果与相关实验非常一致,误差在1-2%以内。我们把这一系列算法命名为PANDORA。这个工作一方面有利于理解电池各个部分对于电池效率的影响;另一方面可以被看成一种虚拟的器件用来进行大规模的染料搜索来优化染料电池。 5. 人工调控染料敏化电池的效率 通过对有机分子/半导体界面能源转换过程微观机理的理解,我们在实验上尝试了一些人工调控太阳能效率的方法。我们发现曙红染料在不同的电解液环境中有不同的吸附构型,在溶剂中有水分子存在时,氢键辅助的单齿吸附转化为双齿桥位吸附,导致更高的TiO2导带位置和更高的开路电压。在有机溶剂中加入1%的水,电池效率升高30%。但加入更多的水,由于水增强复合过程,电池效率下降。增加L1分子吸附时的溶液pH值,能导致更多的L1分子采用含Ti-N键的三齿构型。我们发现在保持分子吸附量的前提下,更多的三齿构型吸附能导致开路电压升高40mV,从而提高了电池效率。同时,器件稳定性更强。 6. 激发态反应机理 用含时密度泛函动力学模拟研究了分子与一对纳米颗粒的等离激元的相互作用机理。揭示该耦合作用受到系统的对称性(分子垂直吸附或水平吸附)和激发能量的调控。 与合作者一起研究了光激发氢化石墨烯的超快动力学过程,发现低氢覆盖度下,即使很强的激发也不会产生氢脱附。但是在满氢覆盖度下,光激发会导致氢快速脱附。其原因在于高覆盖度下受激发的氢原子会受到周围氢原子的排斥,从而从表面脱离。
一种钙钛矿型纳米晶的制备方法
成熟度:通过小试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明涉及一种钙钛矿型纳米晶的制备方法,所述钙钛矿型纳米晶为CsPbXaYb,其中X选自Cl、Br或I中的任意一种,Y选自Cl、Br或I中的任意一种,X与Y不同,a≥0,b≥0,a b=3;所述方法包括将铯盐、长链烯烃以及油酸混合,在惰性气体保护下,加热反应,得到油酸铯溶液;将PbO、卤化铵以及长链烯烃混合,然后注入油胺和油酸,加热,在惰性气体保护下注入油酸铯溶液,反应,冷却,得到CsPbXaYb钙钛矿型纳米晶。所述方法合成钙钛矿纳米晶时可调控卤素的种类及比例,控制钙钛矿纳米晶性能,方法简单,且合成的钙钛矿纳米晶光电转化性能良好,同时合成原料采用低毒的PbO,绿色环保。
一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种有机稀土固体胶束及其制备方法和提高太阳能电池光电转化效率的方法,有机共轭小配体作为第一配体,一种具有两亲性二嵌段聚合物作为第二配体,二者与稀土元素氯化物溶液混合掺杂进行自组装形成有机稀土固体胶束,以此来提高稀土元素的荧光发射强度和荧光效率。然后将制备好的有机稀土固体胶束旋涂在太阳能电池的ITO层之上,制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。 制备成具有有机稀土固体胶束的太阳能电池,由此可以加大电池对太阳光的吸收,提高光电转化效率。其制备工艺简单、成本低、光电转化效率高、对环境友好。