柔性光伏器件
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-13
柔性光伏器件的視頻教程
ABAQUS柔性光伏支架(動力隱式分析步分析）
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柔性光伏器件的實例教程
近30年來，聚（3,4-乙撐二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）導電聚合物常作為標準空穴傳輸材料應用于有機光電子器件領域。然而，隨著科技發展，PEDOT:PSS較弱導電性、較低功函數和較強酸性等缺陷限制了器件性能的進一步攀升?？蒲泄ぷ髡叱２捎枚螕诫s法調控PEDOT:PSS微結構（如：PEDOT醌式構型含量、導電網絡連通性、表面高電離電勢組分含量）或新型摻雜劑代替PSS功能化PEDOT導電聚合物，以克服上述缺陷。然而，分子量——這一決定PEDOT光電性能的重要參數卻未被關注。
圖1 本文PEDOT分子量與有機光伏器件性能關系示意圖
圖2 文獻PEDOT分子量與鈣鈦礦光伏器件性能對比圖
在本文中，作者通過調控乳化劑、催化劑用量，制備了五批不同PEDOT分子量的PEDOT:PSS導電聚合物P-UL、P-L、P-M、P-H、P-UH，將其作為空穴傳輸層組裝PBDB-T:ITIC有機光伏器件（如圖3所示）。研究發現，隨著分子量的增加，PEDOT摻雜度和薄膜相分離程度逐漸增加，導致空穴傳輸層由近乎絕緣（7.70×10-7 S cm-1）向弱電導性（1.14×10-4 S cm-1）及高電導性（7.72×10-4 S cm-1）轉變，器件效率因此實現~0到1.32%及9.91%的跳躍（如圖3所示）。隨著分子量進一步提高，空穴傳輸層電導率提升幅度變小，然而其粗糙度增加引起的載流子復合效應逐漸凸顯，使得載流子收集效率達到峰值，器件效率達到飽和10.36%。
展開 配體工程用于提高鈣鈦礦電池穩定性的幾種策略：器件后處理鈍化；鈣鈦礦材料維度工程；晶體交聯；界面修飾。
【小結與展望】
本文從薄膜制備，缺陷鈍化和穩定性的角度總結了配體在鈣鈦礦光伏領域中的重要作用。
1）薄膜制備。對于配體輔助的鈣鈦礦薄膜一步沉積，配體與前體溶液中鈣鈦礦骨架中的金屬離子相互作用，形成中間相，減緩鈣鈦礦結晶速率，產生均勻成核，最終形成高品質（通過控制配體從中間體絡合物中的釋放，形成良好的形態和高度結晶的鈣鈦礦膜。對于配體輔助的鈣鈦礦薄膜的兩步沉積，配體與鹵化鉛相互作用形成加合物，這有利于通過兩個方面形成鈣鈦礦：（i）增加活性位點朝向鹵化銨的數量; （ii）改變反應途徑并降低活化能。
雖然許多小組已經研究了配體輔助鈣鈦礦形成的可能機制，但應開發一些原位表征技術（例如，紅外，拉曼，XRD）以了解配體如何控制鈣鈦礦結晶。配位絡合物的晶體結構對于揭示配體在鈣鈦礦形成中的作用也很重要。同時，應進行綜合研究，揭示不同分子結構配體的作用，并將配體分類為各種功能。建議配體的這些性質與所有科學家共享，這可能有利于未來機器學習的材料優化。
配體工程也可用于制備高質量的無鉛鈣鈦礦。到目前為止，錫基鈣鈦礦，鉍基鈣鈦礦，雙鈣鈦礦的最高效率分別為9%， 1.64%，和2.5%，。我們推測配體輔助鈣鈦礦形成策略將顯著改善無鉛鈣鈦礦的性能，這也是鈣鈦礦光伏產品商業化之前的一個關鍵問題。同時，用于形成鈣鈦礦膜的一些配體也可用于合成高質量的鈣鈦礦單晶和量子點。
2）缺陷鈍化。大量實驗證明，設計功能配體以鈍化鈣鈦礦膜和界面陷阱中的缺陷可以有效地減少能量損失，從而改善PVSC的性能。為了指導有效配體的設計，應該深入了解不同鈣鈦礦材料中形成的類型和密度缺陷及其對電子傳輸性能和光伏性能的影響。
展開 有機太陽能電池(包括聚合物太陽能電池)具有重量輕、柔性、半透明等突出優點，可使用刮涂、噴墨或者卷對卷等便捷的工藝制備成大面積器件，在建筑一體化、可穿戴電子設備等方面具有巨大的應用潛力，是新一代光伏技術的重要發展方向。有機光伏材料(給/受體材料)是有機太陽能電池的核心，決定著器件的能量轉換效率。因此，發展合理的分子設計策略調制有機半導體材料的物理化學性質進而制備高效有機光伏材料，是提升有機太陽能電池效率的關鍵。
基于以上背景，蘇州大學崔超華教授課題組應邀系統評述了近年來有機光伏材料的研究進展。首先介紹了高效有機光伏材料的分子設計準則，強調了有機光伏材料的創新發展對器件性能提升的重要意義；然后針對有機光伏材料的能級調制對提升器件開路電壓的重要性，系統介紹了烷硫基側鏈工程在調控能級、提升光伏性能的策略：通過烷硫基側鏈策略分別在給電子單元、缺電子單元及共軛π橋的應用，有效調制能級，提升器件開路電壓及能量轉換效率；針對有機光伏器件活性層形貌調控的難點與挑戰，介紹了如何從光伏材料的分子設計層面有效調制分子的聚集態行為、優化活性層形貌，提升器件光伏性能：聚合物給體材料的共軛側鏈策略、小分子給體材料的柔性側鏈策略以及三元共混策略調控共混膜形貌；最后，探討和展望了現階段有機太陽能電池研究過程中存在的科學問題及未來的發展方向。
上述工作以專論形式即將在《高分子學報》2021年第6期"高分子優秀青年學者專輯"印刷出版。通訊作者為蘇州大學崔超華教授。
展開 圖5.STD作為柔性透明加熱器的應用。A)概念圖，顯示在彎曲半徑為10 mm的彎曲基板上應用的STD和NTD。在直流電壓為5V(輸入功率為0.25W)的情況下，用紅外熱像儀檢測了加熱器和基板的橫截面溫度梯度。B)施加電壓5min后彎曲基板上的(i)STD和(ii)NTD的紅外熱像。C)熱器件(STD和NTD)和彎曲基板的表面溫度作為電壓施加時間的函數。D)在施加5V電壓5min后，在不同的水平位置，熱器件(STD和NTD)表面與襯底之間的溫度差。
綜上所述，本文提出了一種自界面柔性熱器件，通過滲流AgNW熱網絡和仿生粘合劑結構的集成設計，通過最大化界面處的VDW耦合，可以最大限度地減少接觸界面處的熱損失。
在不施加外壓或表面化學處理的情況下，STD的最大粘接強度為538.9 kPa，較低的TCR為0.012m2 K kW?1。因此，它可以高效、均勻地將熱量傳遞到平面或曲面襯底上。通過將其他導電納米材料(例如，石墨烯)或表面化學物質(例如，自組裝單分子膜)加入到自接口器件中，可以潛在地進一步降低自接口器件的TCR。
展開 【前言】
下一代生物醫學器件將需要能夠實現自我供電，并適合在人類皮膚或其他組織中應用的功能。這種器件將能夠精確和連續地檢測生理信號，而不需要外部電源或復雜的連接線。其中自供電功能可以由柔性光伏提供，它可以附著在可移動和復雜的三維生物組織和皮膚上。包裹在物體周圍的超柔性有機電源在長期測試中已經證明了其良好的機械性和熱穩定性，這使得它們在與人類組織或皮膚兼容的電子產品中有潛在的用途。然而，由于這些電源在機械變形和角度變化下輸出功率不穩定，同時與包括傳感器在內的功能性電子器件的集成尚未得到驗證。此外，在制造集成電源和傳感器時，有必要將高溫和能量密集型工藝最小化，因為這些工藝會損壞功能器件當中的活性材料并使幾微米厚的聚合物襯底變形。
【成果簡介】
來自日本應急物質科學中心(CEMS)的Kenjiro Fukuda，Keisuke Tajima教授以及東京大學的Takao Someya教授（共同通訊）聯合在Nature上發表文章，題為：Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics。在這里，作者實現了自供電超柔性電子器件的制備。當應用于皮膚或其他組織時，該器件能夠以非常高的信噪比測量生物信號。作者將用作傳感器的有機電化學晶體管與有機光伏電源集成在一微米厚的超柔性襯底上。使用高通量室溫模塑工藝在電荷傳輸層上形成納米光柵形態(周期為760nm)。這大大提高了有機光電轉換器的效率，提供了高達10.5 %的高轉換效率，并實現了每克11.46瓦的高功率重量值。
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柔性光伏器件的最新內容
來源 | Journal of Energy Chemistry
01
背景介紹
隨著電子設備小型化和集成化的蓬勃發展，用于高級計算的微處理器的功率密度急劇增加。電子設備產生的大量熱量積聚在設備內部，例如集成電路。過熱引起的溫度升高會限制電子設備的工作適應性，導致頻繁的故障甚至自燃。因此，開發提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料
來源 | Chemical Engineering Journal
原文 | https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142650
01
背景介紹
隨著信息時代的不斷發展、云計算、人工智能、物聯網、大數據，正在徹底改變人類生活。電子系統，包括化工生產中的電子控制器
聚酰亞胺因其優異的耐熱性、尺寸穩定性、柔韌性等性能，在柔性器件中應用越來越廣泛。在柔性顯示或器件用聚酰亞胺技術方面，本周有6篇新公開專利，包括低CTE、高透光性、高Tg、高拉伸模量、提高膜透射率、耐彎折性等方向的研究。
本文分兩個部分：一、簡要介紹了低CTE的原因，實現聚酰亞胺薄膜（PIF）低CTE的方法。二、顯示用
研制在聚合物等功能材料表面集成多種功能的柔性智能電子器件正成為新興電子產業的一種發展趨勢，可以將多種功能集成在一種可穿戴器件上，能夠實現日常生活的多種智能應用，在人類健康和人體活動監測等方面具有廣闊的應用前景。但是，讓一種器件具有多種智能顯然具有很大的挑戰，僅僅器件的制備流程就比較復雜。因此，如何研發簡便的制備方法，確保日常生活用品能夠承擔多種新功能就變得越來越重要
接觸面是兩個不同物體接觸的邊界，它對穿過物體的熱流產生阻力。根據傅立葉定律：Q=ΔT/Rtc=G ΔT, 即在給定的溫度梯度(ΔT)下，通過接觸界面的熱通量(q)與接觸熱阻(TCR)直接相關。而在各種熱傳輸設備中，使接觸的兩個物體邊界處的接觸熱阻(TCR)最小化是至關重要的。傳統的熱接觸方法有幾個局限性，如TCR高，界面粘附性低，對外部壓力的要求高，以及光學透明度低。 來自蔚山國立科學技術研究所的
術后創傷管理直接關系著患者的康復速度。由致病菌（例如金黃色葡萄球菌）造成的傷口感染是阻礙傷口愈合甚至最終導致患者截肢的重要原因。以美國為例，術后傷口感染每年給醫療系統造成約30到100億美元的額外開支。因此及時發現并處理早期傷口感染對于提升康復質量、降低醫療負擔至關重要。臨床上，傷口感染的判斷通常依賴于專業人員對傷口的觀察或傷口微生物取樣培養
3D打印作為一種快速發展的數字化成型技術，在不依靠任何模具制品的前提下，可以實現從計算機輔助設計到復雜3D實體之間的跨越。在眾多3D打印技術中，數字光處理（DLP）具有打印速度快、分辨率高、成本低等優點，在醫療設備、航空航天結構、智能電子器件和軟機器人等工程應用中顯示出無與倫比的優越性。然而，目前3D打印依然受到各種因素的限制
這種半包埋柔性透明電極的研發有望推動柔性光伏器件的進一步發展。
有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率已經突破了25%，引起學術界與工業界極大的關注。但是柔性器件效率始終低于剛性器件，是一個亟待解決的關鍵問題。為了提高柔性器件的效率，近年來的許多研究著重在新型透明電極的開發。
超柔性和超輕型光伏器件被認為是可穿戴電子系統的有前途的電源
有機太陽能電池(包括聚合物太陽能電池)具有重量輕、柔性、半透明等突出優點，可使用刮涂、噴墨或者卷對卷等便捷的工藝制備成大面積器件，在建筑一體化、可穿戴電子設備等方面具有巨大的應用潛力，是新一代光伏技術的重要發展方向。有機光伏材料(給/受體材料)是有機太陽能電池的核心，決定著器件的能量轉換效率。因此，發展合理的分子設計策略調制有機半導體材料的物理化學性質進而制備高效有機光伏材料
