作者:poled

首创动态传感器 西安宝莱特加持万物互联互通

 
每天早晨,赵炜都要浏览一下全球光电材料领域的权威刊物,筛选出最新的研究动态,转发在西安宝莱特与客户共同搭建的5000人QQ群里,让国内光电材料领域与世界最新研发保持同步,这是西安宝莱特的一项特殊服务。
“我们不仅要销售,更要做好科研服务。”作为在材料领域摸爬滚打近40年,有14年海外求学工作经历的西安宝莱特光电科技有限公司首席执行官,赵炜对光电材料和器件研究方方面面都有相当深入的理解,所以把为科研和生产服务当成西安宝莱特的特色和王牌。
“现在西安宝莱特坚持以光电材料研发为基础、印刷电子技术应用研发为方向的双轮驱动。印刷有机发光二极管(简称p-OLED)只是印刷电子技术的应用方向之一。我们有更大的目标,就是希望国内的光电材料和印刷电子技术应用研究能够尽快实现追赶超越,早日跻身于世界一流行列。”说起宝莱特和光电行业,赵炜如数家珍信心满满。
大一开始从没有换过专业
西安宝莱特光电科技有限公司成立于2007年,由发改委批准依托成立陕西省平板显示技术工程研究中心,以推动有机聚合物发光二极管技术产业化为发展目标。

 
公司(中心)自成立以来,依托自有知识产权独立设计监造了国际一流有机聚合物发光二极管中试线设备,自主研发多种聚合物光电材料和开发多款显示和照明样机,申请专利61项,成功实现核心光电材料市场化销售,对高校和研究机构的市场占有率超过80%,在光电材料行业,西安宝莱特的知名度是非常高的。
作为创始人,赵炜带领着西安宝莱特一路披荆斩棘,从无到有,从小到大,实现快速发展离不开他深厚的“内力”。
1982年,赵炜考取复旦大学物理二系,这在当时,在他的家乡——宝鸡凤翔也是相当轰动一时的事情。1986年赵炜获“上海市高等院校优秀毕业生”称号,被复旦免试录取为研究生,仍然是物化专业。在校期间任复旦大学物理二系研究生团学联主席,硕士毕业后留校任教5年。1994年赴以色列希伯莱大学留学,获物理化学博士学位,成为该校历史上首位中国博士。留以期间,他发起成立“全以色列中国学生学者联合会”并出任首任会长。随后,又在美国德州大学奥斯汀分校深造,完成博士后的研究工作并留在该校继续从事研究。
2007年回国后,他出任陕西省平板显示技术工程研究中心主任,发起成立西安宝莱特光电科技有限公司。先后被评为“西安侨界先进个人”,“陕西省优秀回国留学人员”、国务院侨办第二届百名华侨华人专业人士“杰出创业奖”,入选陕西省“百人计划”,国家“千人计划”,获中华全国归国华侨联合会“创新人才”等奖项和称号。
“从进大学算起,我从来没有换过专业,以后我也不打算换。这或许就是执着吧。”赵炜对物理化学领域倾注了毕生心血,探索的科学领域涉及气相化学反应动力学、激光化学、表面化学及物理、有机光电材料和有机电子学等多个方向。
西安宝莱特以推动印刷聚合物有机发光二极管技术产业化为目标,光电材料和光电器件研发两手抓,材料研发和器件研发交叉验证,互相促进。其特有的印刷聚合物有机发光二极管技术,经过10余年的研发技术积累趋于成熟,2016年筹资4.4亿元成立西安宝莱特光电器件有限公司,建设全球首条p-OLED显示器件生产线,经3年建设,目前已经全面投入运营。

新一代传感器

助力万物互联时代

有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED),被称为新一代显示、照明和光伏技术。该技术以使用材料的不同分为有机小分子发光二极管(通常简称OLED)和有机聚合物发光二极管(通常简称p-OLED)。与有机小分子OLED使用蒸镀法不同,聚合物p-OLED采用溶液印刷法,p-OLED技术比OLED技术拥有巨大优势,设备投资和生产成本要远远低于OLED技术。成本低廉就意味着能够快速大面积推广,而这恰恰迎合了物联网快速发展的需要。
     “没有传感器就没有现代科学技术”已然成为行业公认的观点。目前,大家熟知的物联网传感器是由自动识别和高频无线通信两种技术组成,如高速公路自动收费ETC,各类银行卡,公交卡,门禁卡等都是这两类技术的应用,虽说这个技术已推广多年,但综合成本过高,明显限制了在更广泛领域中的应用,“廉价”且“合适”的传感器才是物联网技术发展根本需求。
西安宝莱特利用研发成熟p-OLED技术,专利生产“廉价”且“合适”的动态一/二维码物联网传感器,利用已经具备极高普及率的智能手机作为读卡器,使传感器本身可以更小型化、成本更低、寿命更长,真正实现产品的“溯源、防伪和万物互联”。
这种传感器在智能化和可接入性方面可以完全依附于智能手机,使其外形小巧,极易于附着在任何商品上,同时成本更低,更易普及。也就是说,在商品上添加这种外形小巧的传感器,比如化妆品,奶粉,营养药等商品,消费者可以根据外包装上的标签进行手机扫描,便可一秒鉴别真伪,市场推广前景无限广阔。同时,动态一/二维码传感器利用智能手机的扫码功能作为网络接入端口,可以实现定位、信息识别、信息反馈、网络连接等多项功能,最终实现生产者与消费者的互联互通。
“该技术研究属于全球首创。”赵炜很自豪地告诉我们,且西安宝莱特的生产设备由中德合作研发并通过协议予以保护,该项目的成功实施将让我国处于全球物联网产业领先地位。

政策保驾护航
未来发展前景可期

西安宝莱特厂区在西安高新区的西南方向,公司外观非常别致,远看主楼外部装饰就像是二维码,生产车间与廊道的外立面是灰白黑组合又像是条形码,日出日落的光影变化会使主楼二维码和车间侧面的条形码外观发生变化,象征着动态。还有更细节的地方就是公司围栏的每一根竖杆角度都是连续变化的,这种“见微知著”的做法,与公司小到研究分子结构,大到推广行业级应用的运作模式相应相和,也是别具匠心了。
     “整个厂区已经全部建成并投入运行,在项目立项、建设过程中,高新区给予了我们极大的帮助,上门服务、专人专项服务等措施,解决了我们的后顾之忧,让我们专注于干事创业,对于未来的发展更有信心。”赵炜谈起“大政策”和“小环境”时,首先说起的还是高新区的营商环境。
在产业政策方面,西安宝莱特也迎来了政策风口。在过去几年中,国家出台了一系列有利于传感器产业发展的政策:2015年,“中国制造2025”战略,为传感器产业发展指明了方向;2016年7月,《“十三五”国家科技创新规划》出台,强调新型传感器的研发创新;2018年,系列行业标准的实施将继续为传感器行业“保驾护航”。
随着多项新国家标准政策的落地,传感器产业将迎来一个新的成长时代。产品、技术的突破性进展,应用场景的持续深入,行业标准的陆续出台,上下游市场需求的不断提升,都推动着传感器产业日益走向成熟。
“风劲帆满图新志,砥砺奋进正当时。”西安宝莱特将为中国乃至国际p-OLED技术工业生产提供材料、设备和技术支持作为成长愿景,坚持发扬团结、敬业、高效、创新的精神,以“进取诞生希望,凝聚产生力量”为口号作为团队前行的动力,共同谱写中国信息技术和材料产业辉煌灿烂的明天。

有机太阳能电池的微纳结构光电协同调控

   太阳能技术日新月异,光电转换效率纪录每隔几周又会再翻新,象是最近英国太阳能公司OxfordPV便透过钙钛矿-硅晶太阳能技术,将效率提高至27.2%。        硅晶太阳能为当前产业首选技术,便宜、高效又稳定的优势让太阳光电成为最受欢迎的再生能源,但以目前已大规模商业化的技术而言,其转换效率预期很难超过25%,因此科学家一直在寻找另一个太阳能明日之星。        钙钛矿则是太阳能领域后起之秀,光电转换效率在9年内增加到可与硅晶太阳能媲美的22%,近年来科学家更为了寻求突破与新材料,纷纷将钙钛矿与硅晶太阳能相结合,让原本处于市场竞争关系的太阳能电池材料握手言和,打造新型太阳能电池。        英国OxfordPV便以此技术成功研发出1cm2大小的高效率钙钛矿-硅晶太阳能电池,该效率除了获得德国Fraunhofer太阳能系统研究所(ISE)认证,也突破单一接面式(SingleJunction)硅晶太阳能电池26.7%的纪录。        该公司并不期望能将单一太阳能材料效率最大化,反而利用钙钛矿与硅晶电池各自优缺点与不同能隙特性,试图将钙钛矿-硅晶太阳能电池转换效率跃升至30%以上。        理论上,由于钙钛矿与硅晶材料能隙宽度不一,两者光吸收范围并不会重叠,因此可各司其职:钙钛矿负责吸收绿光、蓝光并转换为电能,硅则用于吸收红光与近红外光,但现实往往没那么简单,能隙重叠效应(bandgapoverlapeffect)仍将底层硅晶太阳能电池的效率砍半,大大影响整体太阳能效率。        为研发出高效率钙钛矿-硅晶太阳能电池,该公司结合转换效率达17%与22%的钙钛矿与硅晶太阳能电池,但由于能隙重叠效应,最终转换效率比预期少11%左右。        不过与一般硅晶与钙钛矿电池相比,转换效率27.2%已算是产业大突破。OxfordPV目前也正努力在德国生产156mmx156mm商业尺寸钙钛矿-硅晶太阳能电池,并试图出售其概念。        OxfordPV执行长FrankAverdung指出,公司目前最大挑战不是在提升转换效率,而是要稳定其性能。由甲基氨基碘化铅(MAPbI3)制成的钙钛矿遇到湿度会有衰退问题。该公司盼能逐一突破,并希望可在2019年投入测试,并于2020年推出产品。        OxfordPV并非世界第一个研发钙钛矿-硅晶太阳能电池团队,2018年2月美国布朗大学与内布拉斯加大学林肯分校(UNL)已如火如荼研发该技术,还想研发出不含铅的钙钛矿电池;瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)与瑞士电子和微技术中心(CSEM)组成的团队也在本月中旬将该类型电池转换效率提高到25.2%,或许业界与研究院未来达30%效率指日可待。 (来源:集邦新能源网)

Small综述:如何制备高效率的钙钛矿太阳能电池

 近年来,凭借着制备方法简单、带隙可调、高载流子迁移率、吸收系数大、缺陷密度低等优点,钙钛矿太阳能电池被认为是一种非常有前景的光伏器件。在短短的数年间,其光电转换效率已经从最初2009年的4%迅速飙升到目前已被认证的22.7%。然而,我们知道,对于大部分研究组而言,要想制备出高效率的钙钛矿太阳能电池仍然是困难重重。

       近日,来自韩国的Sang Il Seok教授和Nam-Gyu Park教授,以及来自瑞士Michael Grätzel教授,对近期制备高效率的钙钛矿太阳能电池的方法进行了总结概述,在Small杂志上发表了题为“Methodologies toward Highly Efficient Perovskite Solar Cells”的综述文章。在该综述中,作者们首先指出,要想得到高效率的钙钛矿太阳能电池,最重要的是要制备出高质量的钙钛矿薄膜,这里并不单单指其形貌,同时也包括了它的结晶性、缺陷密度、晶界等。紧接着,这几位科学家将最近发表的如何制备高效率的钙钛矿太阳能电池的工作分为了三种情况进行讨论:第一,深入了解钙钛矿前驱溶液的配制以及其在结晶过程中的动力学问题,这将对我们获得高质量的钙钛矿薄膜提供非常大的帮助;第二,选择不同的沉积钙钛矿薄膜的方法,对钙钛矿薄膜的性质也有着很大的影响;第三,对钙钛矿薄膜的晶界进行钝化有助于提高钙钛矿薄膜的整体性能。本综述的科学家们以其对高效率钙钛矿太阳能电池的深入理解,及时地为该领域的其他科研工作者们做出了卓越的贡献。希望我们能够从中受到启发,加快高效率钙钛矿太阳能电池的开发,使其尽快能够与传统的硅基太阳能电池相媲美,从而在巨大的光伏市场中占据一席之地。        相关工作在线发表在Small(DOI:10.1002/smll.201704177)上。(来源:MaterialsViews)

厘米尺寸钙钛矿发光单晶:显示应用的新选择

   显示是信息领域的重要支柱型产业,年产值超千亿美元。与其相关的新材料,是推动产业升级换代的重要基础。半导体量子点,兼具无机半导体能带调控的优势和有机发光材料的溶液加工特性,成为显示领域的重要前沿技术。目前,三星、索尼、TCL、京东方、海信等显示巨头都将纷纷加入到量子点的研发和产业化进程中。值得关注的是,基于量子点的液晶显示背光源技术已经成功开始商业化。然而,目前应用主要集中于具有核壳结构的经典量子点材料(特别是CdSe类材料),高质量的量子点材料,一般采用高温热注入技术制备,产业化仍面临工艺复杂、成本高等挑战。因此,寻求满足液晶应用的新材料和新工艺是解决上述挑战,取得原创性突破技术的重要思路之一。       与正在产业化过程中的CdSe类量子点相比,钙钛矿量子点具有成本低廉、工艺简单等特点,在发光二极管、激光等领域具有优势,受到了学术界和产业界的重点关注,是一类具有成长潜力的新型显示材料(http://www.materialsviewschina.com/2015/08/perovskite-quantum-dots-display-material-for-stars-of-the-future/)。北京理工大学钟海政课题组是国际上最早开展钙钛矿量子点研究的实验室之一。针对液晶显示背光应用,他们发现了有机-无机钙钛矿材料的“聚集诱导荧光”特性(Adv. Opt. Mater. 2015, 3, 112);发明了制备高荧光效率钙钛矿量子点的配体辅助再沉淀技术(授权中国发明专利申请:CN104388089B;国际专利申请:PCT/CN2015/092497),阐明了其富溴表面包覆和激子结合能增加的高效发光物理机制,首次报道了基于钙钛矿量子点高显色白光LED器件(ACS Nano 2015, 9, 4533);发明了钙钛矿量子点光学膜“原位制备技术”(授权中国发明专利:CN104861958A,国际专利申请:PCT/CN2016/082009),荧光量子效率高达95%,实现了高效率、广色域的白光LED原型器件,色域:121% NTSC 1931,流明效率:109 lm/W (Adv. Mater. 2016, 28, 91633-9168),通过与TCL、乐凯产学研合作,开发了连续涂敷工艺,在国际上首次展出了搭载钙钛矿量子点的液晶电视样机(2018全球消费电子CES展)。       尽管现有进展已经表明,钙钛矿量子点是一类提升液晶显示色彩的理想材料,然而钙钛矿材料的稳定性仍是未来产品应用的最大挑战之一。最近,北京理工大学钟海政课题组发展了氢溴酸辅助的常温溶液降温制备技术(申请中国发明专利:CN106883845A),制备出厘米尺寸的高效率绿色发光Cs4PbBr6单晶(荧光量子效率:~97%),这类材料避免了传统量子点的清洗过程,且具有更加优异的稳定性。利用该单晶材料、红光K2SiF6:Mn4+(KSF)荧光粉与蓝光芯片集成,实现了流明效率151 lm/W色域:90.6% Rec. 2020的高显色、高效率白光LED原型器件,这是面向液晶显示背光应用的LED器件实验室最优结果,为进一步推动钙钛矿显示技术发展提供了新的材料选择。

       此外,他们还研究了Cs4PbBr6单晶的生长过程,观察到单晶生长过程中,发光从蓝光到绿光的演化过程,结合电镜表征和理论计算,阐明了Cs4PbBr6单晶的发光主要来自嵌在单晶内部的CsPbBr3量子点,而形成量子点嵌入单晶结构的主要原因是初始单晶的化学计量比偏移所引起的相转变,上述结果为解决目前本体材料Cs4PbBr6的发光机制争议,提供了非常有力实验和理论证据。        相关结果在线发表在Advanced Functional Materials(DOI:  10.1002/adfm.201706567)上发表,第一作者为材料学院的陈小梅同学,张峰同学对合成设计有贡献,葛咏同学完成了LED器件的制备和表征,黄胜同学完成了计算的工作,其他作者参与了材料表征、光谱分析和论文写作。(来源:MaterialsViews)

Small综述:如何制备高效

韩研究员发明“OLED贴片” ,利用有机光源恢复伤口

韩国研究人员开发了一种“OLED贴片”,它可以附着在皮肤上,使用一种针对受损区域的有机发光二极管源,帮助伤口愈合。这项技术是一组研究人员开发的,他们由韩国科学技术院(KAIST)的JeonYong-min和首尔国立大学Bundang医院的ChoiHye-ryung领导。这一发现发表在3月8日的学术期刊《先进材料技术》上。

       韩国首尔国立大学(韩国国家研究基金会)韩国研究人员团队开发的OLED贴片原型 这个OLED贴片设计简单,非常便携,可作为一种叫做光生物调节技术(以下简称PBM)的载体。PBM是一种光疗法,它使用激光或发光二极管来改善组织修复,减少疼痛和炎症。        长期以来,PBM一直被认为是一种安全、无创伤的组织再生方法。然而,传统的PBM设备使用的是尖锐的光源,例如发光二极管和激光器,它们有一些关键缺点,包括灵活性低,重量大和应用不均匀。        研究报告称,为了克服这些缺点,韩国研究小组开发了一种可穿戴的PBM贴片,使用的是一种“灵活的红波长OLED表面光源,可以附着在人体上”。        OLED贴片只有手掌大小,重量轻,灵活,耐用。它的重量只有0.82克,厚676微米。该贴片可以运行300多个小时,并且能够沿着一个半径为20毫米的曲线弯曲。        并且,其温度始终保持在40摄氏度以下,避免了一级烧伤的风险。        根据开发人员的说法,有了这种设计,该光治疗贴片可以在皮肤上舒适地佩戴,让患者可以每天接受持续的治疗,不会有太多不适。        韩国研究小组已经通过实验证明,OLED贴片可以通过刺激成纤维细胞(fibroblast)的增殖和迁移,来帮助愈合伤口。成纤维细胞是一种在伤口愈合过程中起关键作用的真皮细胞。       据研究小组称,OLED贴片显示,成纤维细胞增生增加了58%,成纤维细胞迁移增加了46%,这证明它在组织再生方面效果显著。        该论文第一作者Jeon通过韩国国家研究基金会表示:“这种贴片一旦商业化,患者将能够更方便地接受光线疗法。”        “通过控制发射光的数量,我们还可以扩大产品的使用范围,不仅包括皮肤再生,还包括治疗皮肤癌、阿尔茨海默氏症和抑郁症等病症。”        这项研究在由科学和信息通信部牵头的一个基础研究支持的项目下发起的。(来源:中国OLED网)

重磅-瑞士EPFL打破钙钛矿太阳能电池世界效率记录至23.25%

   近几年来,钙钛矿太阳能电池已经成为太阳能电池领域一颗冉冉升起的新星,其光电转换效率从3.8%激增至超过22%,速度惊人。2017年7月,韩国KRICT的Seok小组在Newport认证的小面积钙钛矿太阳能电池效率为22.7%,该效率超越了2015年美国First Solar认证的CdTe太阳能电池22.1%的效率,超越了2017年日本Fraunhofer-ISE认证多晶硅太阳能电池22.3%的效率,超越了2016年德国ZSW认证CIGS太阳能电池22.6%的效率,详细报道可参阅22.7%的效率记录! ! ! ! 韩国学者再次将钙钛矿太阳能电池推向新高度。时隔短短2个月后,2017年9月,日本Solar Frontier公司(全球最大的CIS光伏组件量产公司)就打破了2016年德国ZSW认证CIGS太阳能电池22.6%的效率,将CIGSS电池效率记录推至22.9%,以0.2%的优势再一次超越韩国KRICT的认证的钙钛矿太阳能电池22.7%的效率。令人意外的是,三个月后即2018年1月瑞士EPFL又一次刷新钙钛矿太阳能电池世界效率记录至23.3%,拉开与CIGS电池0.4%的效率身位。        如此快速的效率刷新,已经超出我之前的效率预期,使我不禁要问钙钛矿太阳能电池的效率极限在哪里???        要找寻答案,就必须追溯钙钛矿太阳能电池的发展历程。        钙钛矿一词从字面解释就是钛酸钙(CaTiO3),是一种地壳中储量丰富的矿物质。简单地,一般钙钛矿材料以ABO3为代表式的氧化物,其中A为正二价,B为正四价。显然地,采用硫元素代替氧元素就产生钙钛矿的衍生分支。进一步地,由于氧元素为负二价,因此,结构式为DMX3的这类物质也为钙钛矿衍生分支,其中D为正一价,M为正二价,X为负一价。通常地,D为碱金属离子或有机胺离子,X为卤素或类卤素等。当D为CH3NH3+,M为Pb2+,X为I-时,得到一种CH3NH3PbI3的钙钛矿材料,这也是目前钙钛矿太阳能电池领域研究最为广泛的一种材料。总之,传统的ABO3型钙钛矿氧化物多用于燃料电池、荧光粉、压电陶瓷和催化等领域,而目前最为火热的钙钛矿材料研究则只是局限于DMX3型的钙钛矿化合盐,相当于把DX与MX2组合在一起,完全不同于传统的钙钛矿氧化物。        有了这个区分,就能更好地理解钙钛矿的发展。目前DMX3型的钙钛矿化合盐的应用领域主要集中在太阳能电池、光发射和光子探测三个领域,其中太阳能电池的应用最为广泛。进一步地了解钙钛矿发展可参阅推动钙钛矿光伏研究进程的10位顶尖学者。(来源:世界钙钛矿显示网)

梳理:过去一年钙钛矿太阳能电池领域重大研究突破

   钙钛矿太阳能电池作为一种新型低廉高效光伏技术在近年来备受关注。自从2009年日本科学家Miyasaka首次报道钙钛矿太阳能电池以来,在短短的几年内,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从3.8%上升到22.7%。与此同时,钙钛矿电池的器件稳定性也大幅度提高。这些高速的发展背后是世界各国科学家针对钙钛矿电池的基础科学难题的理解以及器件技术瓶颈的攻关。尤其是,在2017年,钙钛矿太阳能电池在规模化制备,器件稳定性,乃至毒性等各个方面都有着惊喜表现。1. 新型通用钙钛矿器件空穴传输界面界面损失是钙钛矿太阳能电池商业化之路上的一个重大问题。寻找一个通用的可溶液制备稳定并廉价的界面异常重要。 Christoph J Bravec 等人发现,使用Ta掺杂的WOx/共聚物组成的空穴传输层(PDCBT/Ta-WOx)可以形成准欧姆接触,有效降低界面势垒,阻止金属Au迁移,结合使用C60单层自组装膜(C60-SAM)作为电子传输层,可以使得新型的钙钛矿太阳能电池效率可达21.2%,并且可以稳定运行超过1000小时。

文献衔接:http://science.sciencemag.org/content/358/6367/11922. 钙钛矿量子点电池钙钛矿量子点电池在低毒性溶液制备以及稳定性方面相对于普通钙钛矿薄膜电池有着独特的优势,但是钙钛矿量子点太阳能电池的效率相对较低,主要是因为钙钛矿量子点内部的载流子传输性能相对较差。 美国可再生能源实验室Joseph M. Luther等人使用卤化物盐类表面处理CsPbI3钙钛矿量子点,发现处理后的钙钛矿量子点的载流子传输性能大大提高,取得了13.43%的量子点太阳能电池记录效率。

文献衔接:http://advances.sciencemag.org/content/3/10/eaao42043. 新型钙钛矿器件电子传输层二氧化钛电子传输层是目前高效钙钛矿太阳能电池的必不可少的组成部分,但是二氧化钛的光催化特性等因素可引起钙钛矿太阳能电池的光照稳定性等问题。 韩国UNIST大学Seok等人使用溶胶法制备了La金属掺杂的BaSnO3钙钛矿电极材料,用于取代传统钙钛矿电池里面的二氧化钛,不仅取得了21.2%的效率,更大大改善了MAPbI3基的钙钛矿电池的光照稳定性。在1000小时的一个太阳能强度下运行,保留了93%的效率。

文献衔接:http://science.sciencemag.org/content/356/6334/1674. 钙钛矿器件的缺陷控制钙钛矿晶体材料内部的深缺陷(deep defects)可使得载流子复合而损失钙钛矿太阳能电池效率。 韩国UNIST大学Seok等人通过引入过剩碘离子到FAPbI3基钙钛矿的两步分子交换制备过程,减少了所得钙钛矿薄膜的深缺陷,获得了小面积22.1%的记录效率

文献衔接:http://science.sciencemag.org/content/356/6345/1376.full5. 钙钛矿电池组件的制备方法目前报道的钙钛矿太阳能电池的效率大多为小面积器件效率,但钙钛矿电池组件效率相对较低,主要难点在于高质量钙钛矿薄膜的大面积制备。 Han等人报道一种无需真空无需溶剂的快速廉价方法,成功获得了均匀平整的大面积钙钛矿薄膜,36.1cm2的组件认证效率为12.1%。

文献衔接:https://www.nature.com/articles/nenergy2017386. 2D-3D钙钛矿异质结用于高效钙钛矿太阳能电池的三维(3D)钙钛矿材料在室外环境(水,氧气以及紫外光)下的稳定性较弱。另一方面,二维(2D)钙钛矿材料的稳定性较好但是器件性能较差。 Snaith等人为了克服以上难点,把3D和2D钙钛矿结合在同一薄膜中,形成3D-2D钙钛矿异质结,获得既具有高效光电转化性能(~17%)又具着非常好的室外稳定性。

文献衔接:https://www.nature.com/articles/nenergy2017135(文章来源:材料人) 

钙钛矿光伏技术全球15项中国占8,中国光伏技术遥遥领先!

2017年,全球各国关于钙钛矿太阳能电池技术突破的消息频繁爆出! 目前,钙钛矿太阳能电池被评价为光伏研究领域极具竞争力、最有希望实现低成本发电的光伏技术。钙钛矿太阳能电池的研究不断刷新了光电转化效率的纪录。 光头君对这一技术也非常感兴趣,特此对其发展动向进行了分析整理,供诸君参考! 1、2017全球钙钛矿光伏15大技术研究新动向,中国占了8个;上海交大团队创造了第一个大面积钙钛矿模块的效率世界纪录,在国际认证机构首次获得了12.1%的认证效率!华中科技大学武汉光电研究中心唐江教授团队在X射线探测器领域取得了新进展。有望显著降低X射线成像时需要的剂量,降低医疗测试时致癌风险,应用前景广阔。柔性钙钛矿电池器件的制备成为可能! 2、我国的钙钛矿光伏研究学者你都了解吗,上海交通大学韩礼元、武汉光电国家实验室程一兵、中科院物理研究所孟庆波…… 3、8家专注于钙钛矿太阳能电池材料研发的企业,分布在哪儿,有着怎样的背景?惟华光能、七色光科技、宝莱特光电科技、华敏新材料、纤纳光电造孚科技、万度光能、博润新材料…… 2017全球钙钛矿太阳能电池转换率电池大比拼中国:西安交大实现柔性钙钛矿太阳能电池效率超过17% 高质量的钙钛矿薄膜是实现钙钛矿太阳能电池高光电转换效率的关键。西安交通大学电信学院吴朝新教授团队课题组找到了一种简单方法,实现了高质量的钙钛矿薄膜,得到了光电转换效率高达19.44%的反型平面异质结钙钛矿太阳能电池。 此外,将该方法应用到柔性电池中,实现了光电转换效率为17.04%的高效率反型平面异质结钙钛矿柔性电池,位于国际最高柔性薄膜太阳能电池效率之列。

瑞士:钙钛矿太阳能电池转化效率提高到20% 近日,瑞士科学家将钙钛矿太阳能电池的转化效率提高到了20%并使其更耐用,这种太阳能电池有望更快投入商业应用。这一成果发表在新一期美国《科学》杂志上。 目前太阳能电池普遍采用硅材料,其光电转化效率可以高达25%。但硅材料太阳能电池生产成本高、大量消耗能源且污染环境,重量和硬度等问题也没有得到很好解决。相较而言,价格低廉、重量轻的钙钛矿材料就备受青睐。

然而,钙钛矿太阳能电池商业化的一个限制在于,材料在阳光下容易性能衰减。 日本:实现钙钛矿太阳能电池转换率20.5% 科技部网站12月5日消息,据日本当地媒体报道,针对新一代太阳能电池“钙钛矿太阳电池”材料,东京大学先端科学技术研究中心的科研人员,在不使用铷等稀有金属的前提下,实现了20.5%的高转换效率及稳定发电。 研究通过添加地球上较多存在的钾元素,实现了结晶构造的稳定性。研究组在进行长期耐久性试验同时,面向松下、东芝等企业的实用化进行评价与研讨。

美国:使用有机无机杂化钙钛矿提高太阳能电池效率至22%以上 弗吉尼亚大学一研究团队的HOIP基太阳能电池当前效率记录达到22%以上。他们正在研究如何提高有机—无机杂化钙钛矿(HOIPs)晶体结构的稳定性,以延长此类材料性能的耐久性。 据研究小组介绍,他们已经找到更好地处理HOIPs,使其效率更高、且在变化条件下长时保持效率的新方法。让HOIPs分子旋转是延长电子寿命、提高能量转换效率的关键。研究人员使用了显微镜检测设备及具有高性能计算机模拟功能的测量技术,观察这些材料的变异分子结构。结果显示光激电子和空穴的再化合被筛分抑制,导致了极化子的形成,使寿命延长。

因而他们认为,寻找到在较宽温度范围内高转动熵的有机–无机钙钛矿,可能是让太阳能电池达到卓越性能的关键。 韩国:钙钛矿太阳能电池认证效率达到22.7% 2017年韩国KRICTSeok小组认证小面积钙钛矿太阳能电池的效率为22.7%。 钙钛矿太阳能电池的效率记录依然在高速刷新中,已经完全超过以CIGS/CdTe为代表的第二代太阳电池效率记录,同时也小幅越过了第一代太阳能电池中的多晶硅电池效率记录,即将迈入23%的效率行列,具备了未来依次挑战CIGS太阳能电池(聚光)/单晶硅太阳能电池(非聚光)25.8%/硅HIT太阳能电池26.6%/单晶硅太阳能电池(聚光)效率记录的实力,如果能把单晶硅太阳能电池(非聚光)挑落马下,势必会对以单晶硅/多晶硅/薄膜晶硅为代表的第一代太阳能电池阵营形成强有力的冲击和瓦解。

2017钙钛矿光伏15大技术研究新动向中国大面积高效率太阳能电池薄膜: 比蝉翼还薄几十倍9月中旬,上海交通大学传出消息,《自然》在线发表其材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室韩礼元教授团队的研究成果:使用更加经济安全的新方法,制备出比蝉翼还薄数十倍的大面积钙钛矿薄膜,向实现大规模低成本太阳能发电跨出重要一步。 上海交大团队用了3年时间解决这个问题。在大面积高质量钙钛矿薄膜制备的基础上,开发了有效面积36.1平方厘米的钙钛矿电池模块,在国际认证机构首次获得了12.1%的认证效率,创造了第一个大面积钙钛矿模块的效率世界纪录。上海交通大学韩礼元教授表示,这一成果的出现意味着未来钙钛矿光伏技术有了走出实验室、实现大规模产业化的可能。

3D打印技术研发柔性太阳能电池目前研究的钙钛矿电池主要沉积在导电玻璃上,由于玻璃的易碎性,大大的限制了钙钛矿电池的应用。可穿戴电子设备的逐渐发展,柔性光电子器件研发受到了人们的重视。钙钛矿电池属于薄膜电池,其在一定程度上具有弯曲的能力,因而,柔性钙钛矿电池器件的制备成为可能。 华中科技大学针对现有技术的以上缺陷或改进需求,发明了柔性钙钛矿太阳能电池的结构,其目的在于通过采用高电导率的金属作为底电极取代传统的导电性较差的ITO,减小底电极电阻,使其具备制备大面积器件的潜能。据悉,华中科技大学还通过采用无需高温加热的掺杂电子收集层收集电子,解决了柔性基底耐热性差的难题。

钙钛矿光伏组件制备技术取得突破9月底,2017年诺贝尔化学奖大热技术—钙钛矿太阳能电池,武汉理工大学程一兵团队已取得实质性突破,与理想的大规模应用越来越近。 程一兵介绍,该团队开发的5cm x 5cm 塑料基板柔性钙钛矿太阳能电池组件,8月8日通过国家光伏质量监督检验中心第三方认证,获得了组件转换效率11.4%的结果,远超日本东芝公司于今年9月25日宣布的5cm x 5cm柔性钙钛矿太阳能电池组件10.5%的转换效率世界纪录。 10cm x 10cm 玻璃基板钙钛矿太阳能电池组件制备技术也获得重大突破,在国家光伏质量监督检验中心验证的组件效率为13.98%,居国际同类产品第三方论证效率首位。

基于非铅钙钛矿单晶的X射线探测器华中科技大学武汉光电研究中心唐江教授团队在X射线探测器领域取得了新进展。研究团队首次提出了基于铯银铋溴(Cs2AgBiBr6)双钙钛矿单晶的X射线直接探测,制备的探测器灵敏度可达105 µC Gy air -1cm–2,最低检测限为59.7 nGyair s-1,工作电压和灵敏度显著优于商用非晶硒探测器水平,有望显著降低X射线成像时需要的剂量,降低医疗测试时致癌风险,应用前景广阔。基于氧化锌电子传输层的钙钛矿太阳能电池近日,电子科技大学的李世彬教授和伦敦大学学院巫江博士等人以“Perovskite Solar Cells with ZnO Electron-Transporting Materials”为题在Advanced Materials上发表了综述文章。 文章总结了氧化锌电子传输材料的物理性质,常见制备方法,基于氧化锌电子传输材料的钙钛矿太阳能电池的研究进展以及氧化锌材料对太阳能电池性能以及稳定性的影响,并讨论了提升基于氧化锌电子传输材料的钙钛矿太阳能电池性能以及稳定性的一些手段。

基于窄带隙钙钛矿的宽响应光电探测器近日,北京交通大学张福俊课题组与美国托莱多大学鄢炎发课题组基于窄带隙(〜1.25 eV)钙钛矿(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4成功制备了响应光谱范围覆盖300—1050 nm的宽响应钙钛矿光电探测器。通过优化钙钛矿层及电子传输层C60的厚度,器件性能得到了极大的提升。 当钙钛矿层和C60层厚度分别为1000 nm和70 nm时,器件在350-900 nm的范围内展现了几乎平坦的EQE光谱,EQE值大于65%。同时,优化的器件在-0.2 V的偏压下暗电流仅为3.9 nA,在近红外波段展现了超过0.4 A/W的响应度以及超过1012 Jones的比探测率,远优于以钙钛矿/窄带隙聚合物或钙钛矿/量子点作为活性层的光电探测器以及和商业无机宽响应光电探测器。

无机—有机钙钛矿材料在新型薄膜太阳能电池中的应用基于钙钛矿薄膜电池的研究现状,中国科学院物理研究所孟庆波研究员领导的研究团队近期以“Inorganic-organic halide perovskites for new photovoltaic technology”为题发表在国家科学评论。 该论文着重探讨和总结了钙钛矿材料的半导体掺杂、结电场、缺陷态、离子迁移及其诱导的半导体性质演化等关键物理特性。理论研究表明,三元钙钛矿材料的自掺杂(比如原子缺失、间隙和替位)可以诱导产生p型或n型载流子。目前,实验上已经初步能够通过控制薄膜沉积的物理化学过程实现对钙钛矿载流子类型的调控,比如:在两步法中实现了甲胺铅碘空穴浓度的控制。

这些关键物理特性的理解对于钙钛矿器件性能的提升和新应用的开发具有重要意义,同时也是正确评价和认知钙钛矿器件核心问题的基础。对于钙钛矿器件,较低的稳定性是其进一步发展的瓶颈之一,而物理性质的稳定性是其关键所在,值得深入关注。实现高性能全无机钙钛矿纳米光源日前,湖南大学物理与微电子科学学院潘安练教授领导的纳米光子材料与器件交叉研究团队采用先进化学气相沉积技术,实现了具有高稳定性和高光学质量的全无机钙钛矿纳米发光器件制备。该研究是新型纳米电致发光器件领域的重要研究进展。

美国基于钙钛矿的透明触摸发光式传感器近日,来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)的科学家们发明了一种触摸发光装置,可用于压力的瞬时可视化显示。这种触摸发光装置透明度很高,主要由有机金属卤化物钙钛矿聚合物复合发射层和柔性银纳米线聚氨酯复合透明电极构成。其还可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为基底,实现弯曲性。 此外,这种触摸发光器件还具有快速响应、可像素化等特点,可应用于机器人制造、运动检测、指纹设备和交互壁纸等。

新型钙钛矿量子点太阳能电池打破传统量子点太阳能电池局限最近美国能源部(DOE)下属的国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员成功制备出13.4%转换效率的量子点太阳能电池,刷新了量子点太阳能电池世界效率纪录。 以往的量子点太阳能电池的研究多集中在传统的金属硫化物和金属硒化物等,而最新研究发展来自于完全不同的量子点材料,新型量子点材料中的佼佼者当属全无机钙钛矿CsPbI3,这种钙钛矿量子点太阳能电池能够产生非常大的开路电压(约1.2 V)。

气体诱导的有机无机杂化钙钛矿材料的形成与转变近日,美国布朗大学Yuanyuan Zhou教授和 Nitin P. Padture 教授(共同通讯作者)在ACS Energy Letters上发表了前瞻性综述文章“Gas-Induced Formation/Transformation of Organic−Inorganic Halide Perovskites”。 Zhou和 Padture 教授团队近年来致力于研究气体,特别是胺基气体,诱导下有机无机杂化卤化物钙钛矿的化学行为,取得了一系列的重要成果。这篇综述回顾了包括他们在内的世界上多个课题组在该领域的主要工作, 畅想了未来该领域的发展方向,并强调了包括理论计算以及原位表征在内的机理性研究的重要性。

韩国使用核桃香料为原料制造出钙钛矿太阳能电池9月22日,据韩国媒体报道,韩国浦项工科大学化学工学科的金泰浩教授和集成课程的李俊宇团队使用以核桃香料为原料的食品添加剂,制造出了一种环保且高效的传导物质,可以用于制作钙钛矿太阳能电池。该成果已经被刊载在化学界权威期刊《美国化学学会杂志》的在线版上。 报道称,钙钛矿太阳能电池在接收到太阳光之后,会产生电子和电子空穴,此时就需要一种高效的媒介把它们传输到电极上。在此之前,钙钛矿太阳能电池的传导媒介一直使用的是有毒的氯苯。

意大利氧化石墨烯可极大提高钙钛矿电池的发电效率日前,佛洛伦萨大学物理与天文学院的一组研究人员在《先进能源材料》期刊上发表了他们的研究成果,表明采用氧化石墨烯这种材料可以极大提高钙钛矿电池的发电效率。 研究人员详细阐述了石墨烯和氧化石墨烯是如何与锂原子掺杂在一起构成钙钛矿电池并提高其光电转化效率的,不仅是载流子迁移率,电池的缺陷密度也得到很大改善。 科学家在制作电子传输层时采用石墨烯掺杂介孔材料二氧化钛(GmTiO2),外加氧化石墨烯隔离层(GO-Li),发现载流子迁移率较普通mTiO2大大提高。 澳大利亚高效硒化铅量子点太阳能电池胶体量子点拥有带宽可调节、造价低廉等优势,被认为是一种应用前景广阔的太阳能电池材料,其中硒化铅(PbSe)量子点以多重激子效应和高效载流子迁移为著称。 近日,澳大利亚新南威尔士大学的Zhilong Zhang 博士(第一作者)与Shujuan Huang博士(通讯作者)等人在Advanced Materials上发表题为“A New Passivation Route Leads to Over 8% Efficient PbSe Quantum Dot Solar Cells via Direct Ion Exchange with Perovskite Nanocrystals”的文章。

 该文章报道了一种创新的表面钝化方法:通过铯铅溴/碘钙钛矿纳米晶与表面含氯的硒化铅量子点之间进行离子交换,在硒化铅量子表面形成更稳定的混合卤化物钝化层。这不仅有效地提高了其荧光量子产率和在空气中的稳定性,更进一步地把硒化铅量子点太阳能电池的最高光电转化效率提高至8.2%。 瑞士运用钙钛矿LED 成功生产出超纯绿光瑞士苏黎世联邦理工学院(ETHZurich)研究团队最近发明出一种超薄、可弯曲的发光二极管(LED),能够发出非常高纯度的绿光,虽然现在技术仍不成熟,但未来或许将有助于下一代电视和手机屏幕的生产。 为了让显示屏幕能够呈现更清晰、丰富的画面,屏幕必须能够产生高纯度的红、蓝及绿光,才能够透过更细节的颜色调整来凸显细节。目前技术已经能够实现高纯度的红、蓝光生产,但绿色由于受到视觉影响,高纯度的绿光生产往往难以突破。 根据了解,研究团队主要是使用钙钛矿(Perovskite)材料,采用旋转涂布法制程,LED发光层厚度只有4.8nm,制成的LED将可以弯曲,曲率半径为2mm,也因此能够实现卷对卷制程(R2R),不仅提高生产效率也可降低生产成本。

专注于钙钛矿电池材料的企业都有哪家?1、惟华光能

厦门惟华光能有限公司,是集研发、生产与销售为一体的高科技企业,主营为第三代超薄膜有机太阳能电池。公司的研究基于瑞士洛桑高等理工大学(EPFL)及瑞士联邦材料研究所(EMPA)的钙钛矿结构太阳能电池技术。公司总经理范斌博士师从钙钛矿结构电池发明者Michael Gratzel,并将该技术带回国来深入研究,将钙钛矿结构的超薄膜电池以最领先的技术、最好的工艺和最高效地实现量产为目标。2014年,惟华公司更是将钙钛矿太阳能电池的效率提高至19.6%!2、七色光科技

“ 七色光科技 ”成立于2007年,公司业务范围涉及新能源、新材料的研发与生产等领域,专注于“DSC实验材料与仪器”和“钙钛矿电池材料”的研发与生产。主营产品:FTO导电玻璃、染料敏化和钙钛矿太阳能电池研发材料和仪器。3、宝莱特光电科技

西安宝莱特光电科技有限公司由国家“千人计划”专家赵炜博士发起创立于2007年,注册资本5000万元。发改委批准依托该公司成立陕西省平板显示技术工程研究中心,工信厅和科技厅等给予重点支持。公司(中心)以推动有机发光二极管技术产业化为目标。 主营产品:钙钛矿电池材料、聚合物光电材料、有机光伏材料等。4、华敏新材料

北京华敏新材料科技有限公司成立于2013年,是一家集研发、制造、贸易和服务于一体的专业的新材料科技有限公司。公司的技术骨干长期致力于各种新型功能材料和先进技术的研发,并且在高效化学发光分析、生物荧光分析、光电技术以及第三代新型光能电池技术等诸多领域上开发出了不同系列多品种的性能优异的产品。主营产品:钙钛矿材料及旋涂液、化学发光物质、太阳能电池光电极材料及电极、高分子材料等。5、杭州纤纳光电

杭州纤纳光电科技有限公司成立于2015年7月,致力于光伏半导体材料、先进半导体生产设备、薄膜光伏检测设备的设计与研发,也是致力于商业化新型柔性钙钛矿太阳能电池的科技型创新公司。公司目前产出的钙钛矿电池组件转化率为16%,连续两次打破钙钛矿组件效率的世界纪录,并被收录入美日澳科学家联合编辑的《太阳能电池效率表》。6、上海造孚科技

上海造孚新材料科技有限公司是一家专业从事新型太阳能电池以及光、电、热等功能材料和器件的研发并使之市场化和产业化的新型高科技技术公司,长期致力于开发新型太阳能电池领域的新材料和先进工艺技术并将其市场化和产业化。主营产品:钙钛矿太阳能电池材料、量子点太阳能电池材料、染料敏化太阳能电池材料、聚合物太阳能电池材料、有机薄膜太阳能电池材料、石墨烯太阳能电池材料、热电、铁电叠层太阳能电池材料等。7、湖北万度光能

湖北万度光能有限责任公司主要从事新型太阳能电池方面的研发及生产。公司的核心目标是在廉价的条件下获得高效稳定的太阳能电池技术,为实现平价太阳能电池发电提供新的途径。8、宁波博润新材料

宁波博润新材料科技有限公司,创建于2009年,具有雄厚的技术力量和生产能力,公司研究所由多名博士和科技人员组成,致力于新产品的研发和生产,尤其是致力于钙钛矿(Perovskite)、染料敏化(DSSC)和有机光伏材料(OPV)及相关材料的研发和生产。(来源:光伏头条)

新型发光显示:钙钛矿量子点式发光二极管

  半导体量子点发光材料近年来逐渐受到重视,因其波长半高宽窄之优势,应用于发光二极管,可使背光显示器达广色域之结果。相比有机发光二极管(OLED),其色域愈广且寿命表现愈佳。量子点白光发光二极管做为背光显示与照明应用为其第一阶段光致发光之应用,虽其性能已经优越于现有的电视,无论从色彩,功耗还是整体的效果上,都实现了突破。而第二阶段电致发光量子点有机发光二极管(QLED)技术非常有价值,QLED将像OLED一样自发光,不需要背光源,并且实现柔性显示、超薄造型,却不存在OLED之缺陷,是一个颠覆性的技术革新。具Touch Display Research之市场调查,显示器市场将于2019年达到150亿美元之市场,其中量子点显示器将具两成之市占率,当2025年时更将高达四成,故许多公司,如韩国三星(Sumsung)、乐金(LG)等公司都大量投入量子点显示器相关产品之研究与专利布局。目前市面上之手机与电视相关产品主要都采用含镉硒化镉与无镉磷化铟量子点为主,其劣势为合成之技术较为困难与复杂,大量生产之批次稳定性有相当大之难度,但短期内为不可取代之量子点发光材料。2015年起新颖钙钛矿量子点开始逐渐受到重视,此全新之量子点材料具高量子效率、半高宽较传统含镉量子点愈窄、量子效率高、合成简单与合成简单之优势,被视为下一代之量子点发光材料。

       近期,由台湾大学化学系刘如熹老师课题组所发表的综述,全文重点在新型钙钛矿量子点APbX3 (A=MA(甲胺), FA(乙胺) 与Cs(铯离子) ; X = Cl、Br与I)之发展与其应用于发光二极管。钙钛矿量子点合成之方式与条件较传统量子点简单,传统含镉之量子点采溶液合成之方式,大量合成时需注入大量前趋物且合成温度高达300°C,因温度高与合成方法繁复,使其商业应用时成本往往较高,钙钛矿量子点具合成简单、合成温度低等优势,于商业应用上将有更低之成本与发展性。钙钛矿量子点于发光二极管应用上,光与热稳定性亦为重要,无论光致发光或电致发光之应用,热释放与光降解(photodegradation)现象均为不可避免之过程。光致降解现象具许多原因,涵盖光致游离(photoinduced ionization)、光致氧化(photooxidation)与光照所造成之聚集现象(aggregation)。本综述将统整文献中光造所造成之聚集为钙钛矿量子效率降低之原因,一般钙钛矿量子点于光照下表面配体将脱落,并聚集为较大之快体,将伴随着量子效率降低与放光红移之现象。为解决钙钛矿量子点稳定性不佳之问题,主要分为表面活性剂(surfactant)与复合材料之合成两种方式,前者藉表面配体有助于于改善分散稳定性与控制生长动力学,后者则采用包覆方式,于钙钛矿量子点外层包覆上一层钝性材料,降低水氧与热之影响。本综述将对目前钙钛矿量子点表面修饰与包覆之方法,进行完整介绍。钙钛矿材料非常适合光电领域之应用,其中钙钛矿太阳能电池拥有极出色之光电特性,光电转换效率目前已可达22.1%。钙钛矿量子点于发光二极管之应用为另一重要之发展方向,钙钛矿量子点具窄半高宽之特型,故其制备之白光发光二极管与量子点式有机发光二极管皆具广色域之特性,本综述也将对钙钛矿量子点目前于发光二极管之研究做详细之介绍。        相关论文在线发表于Small(DOI: 10.1002/smll.201702433)上,第一作者为台湾大学化学系博士生王宏嘉。(来源: MaterialsViews)

取长补短—钙钛矿电池与有机太阳电池的巧妙结合

 众所周知,太阳能是一类取之不尽的清洁能源。太阳电池则是一种将太阳能转换为电能的工具。钙钛矿电池是近几年来快速发展的耀眼“明星”,因为其具有带隙可调、可溶液加工、可以制成柔性器件等优良特性,深受全球科研工作者的青睐,其能量转换效率也在几年内超过了20%。        但是人们不难发现:高效的钙钛矿电池体系对光的吸收边局限在800nm左右。为了有效利用近红外光,通常有两种思路:一是改变其配方,比如引入Sn原子,但是这类钙钛矿容易被氧化,稳定性大打折扣。另一种方案是制备叠层器件,但是叠层器件的加工成本大大加倍。有机太阳电池在近十几年的发展中,开发出了一些吸收边可以达到近红外区的材料,如果能将钙钛矿电池的高效率与有机太阳电池中的宽吸收进行取长补短,从而制备一类工艺简单且具有高效率的杂化太阳电池,则很可能突破现有的钙钛矿电池的效率极限。

       近期,美国华盛顿大学Alex K-Y Jen教授课题组与华南理工大学彭小彬教授利用具有近红外吸收的卟啉材料与PCBM混合作为有机太阳电池层,并利用双添加剂对有机太阳电池层进行有效的形貌调控,将其直接覆盖于钙钛矿之上,制备成平面异质结的有机太阳电池-钙钛矿杂化太阳电池。由于有机太阳电池层的近红外吸收,短路电流比参比钙钛矿器件得到了明显提高;而填充因子(FF)及开路电压(Voc)还能保持原有钙钛矿电池器件的高数值。其中Voc的提高,可以利用准费米能级模型来进行解释,而高FF的原因是多重的:一,给受体比例的有效调控;二,双添加对有机太阳电池层的形貌得到了有效微调,其中形成的多维尺度相分离及卟啉材料的结晶起到重要作用,而且添加剂二碘辛烷会作用于PCBM,使得PCBM向上层富集,大量的空穴在向上传输时不会较快复合;三,卟啉材料中的S原子对钙钛矿的缺陷态起到了有效的钝化;四,PCBM的加入,会产生光导作用,这在一定程度上会抑制激子复合。总之,作者利用非常简单的方法(并未改变原有平面异质结钙钛矿电池的加工程序),制备了高效的有机太阳电池-钙钛矿电池杂化电池,取得了超过19%的高光电转换效率。        不难想象,通过有效的选择有机太阳电池层的材料并对其形貌进行有效调控,该类电池完全有可能突破现有钙钛矿电池的效率极限。        论文的第一作者高珂博士在华南理工大学获博士学位,目前在华盛顿大学从事博士后研究。相关工作发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201703980)上。(来源:MaterialsViews)