三元有機太陽能電池
關注創建者：匿名 創建時間：2021-12-08
三元有機太陽能電池的視頻教程
理論+實例講解ANSYS熱力學分析基礎（二） ——以水壺和太陽能電池板為例講解熱傳導
例題二、本分析模擬了太陽能電池板在熱輻射作用下的吸熱過程，得到了太陽能電池板的溫度分布和熱流量。 本次分享是熱力學分析系列的第二次分享，歡迎大家關注我，我們一起繼續學習熱力學分析。系列分享最后將講述熱固耦合的進階內容。
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三元有機太陽能電池的實例教程
近年來，由于非富勒烯稠環電子受體Y6及其衍生物的成功開發，使有機太陽能電池（OSCs）的能量轉換效率（PCE）得到不斷突破，目前單節有機太陽能電池的PCE已超過18%。盡管如此，基于Y6類的非富勒烯受體因其獨特的3D網絡分子堆積方式，在實現更加高效的電荷傳輸的同時，也會帶來分子過度聚集的不利影響。Y6類受體分子的過度聚集通常會造成活性層相分離過大，激子復合嚴重，以及器件的長期穩定性下降。因此，尋找一種既能夠提高器件能量轉化效率，同時又能抑制活性層中分子過度聚集，優化活性層形貌的策略至關重要。向二元共混體系中加入第三組分的三元策略被認為是提高有機太陽能電池性能的一種非常有效的方法。雖然許多這方面的工作都能實現器件效率的提升，但對于解決體系中存在的過度聚集和活性層形貌長期穩定性不佳等問題仍有一定挑戰，特別是第三組分的選擇。例如，在基于PM6:Y6體系的三元有機太陽能電池工作中，大部分第三組分都是和主給受體分子具有類似結構的線型分子，雖然其三元器件性能得到了提升，但是對于改善體系中分子過度聚集的問題效果不明顯，且對于易集聚體系中活性層形貌的長期穩定性調控并沒有優勢。
針對以上科學問題，近日，江西師范大學陳義旺教授和廖勛凡教授團隊采用星型受體分子TF1作為第三組分，有效解決了體系中分子過度聚集的問題，并且實現了更加高效穩定的三元有機太陽能電池器件。星型受體分子不僅具有類似于線型非富勒烯受體分子的高吸收系數和能級可調的優點，還具有高電子遷移率和各向同性的電荷傳輸特性。此外，其獨特的3D分子骨架具有較大的空間位阻，能夠有效的抑制分子的過度集聚。
展開 近年來，三元策略在調控有機太陽能電池活性層形貌，改善器件性能方面顯示出巨大的潛力，成為有機光伏領域研究的熱點。迄今為止，已有相關文獻報道液晶小分子（LCSM）作為第三組分在調控活性層形貌方面的獨特優勢。BTR及其衍生物是目前使用最多的LCSMs，但這類分子具有非常高的液晶相轉變溫度，該溫度遠高于活性層薄膜的熱退火溫度，也就是說，當前基于這類LCSMs的三元有機太陽能電池（TOSCs）的研究低于其液晶相轉變溫度，并且分子本身的能級、混溶性等因素，在一定程度上也可能會對薄膜形貌產生影響，因此無法準確判斷LCSM自組裝特性對活性層形貌的調控作用，LCSM在TOSC內部的工作機制尚未得到系統和深入的研究。此外，這些LCSMs具有相對復雜的分子結構和繁瑣的合成步驟，嚴重限制了它們的廣泛應用。
針對上述問題，江西師范大學/南昌大學陳義旺教授、廖勛凡特聘教授團隊以低液晶相轉變溫度（112.8℃）的液晶小分子DFBT-TT6作為第三組分，基于高效的非富勒烯體系PM6:Y6構建TOSC。為了揭示液晶分子 DFBT-TT6對TOSC性能的影響并同時消除分子結構等其他因素的干擾，進一步合成了具有低玻璃化轉變溫度、結構相似的非液晶分子 DFBT-DT6作為對比。有趣的是，通過添加DFBT-TT6來微調PM6:Y6共混物的結晶度和相分離，在液晶相變溫度下退火，僅用3 wt％的DFBT-TT6即可調控薄膜形貌達到最佳狀態。實驗結果表明，DFBT-TT6可以增強PM6和Y6的結晶度，增加相分離并減小π–π堆積距離，從而在PM6:Y6:DFBT-TT6器件中實現超快的激子解離和更高的電荷收集效率。
展開 【前言】
采用多種光吸收材料來拓寬吸收光譜的三元有機光伏(TOPVs)被認為是實現高能量轉換效率(PCE)的重要手段。TOPV的性能在很大程度上依賴于能夠形成匹配的電子結構和合適的微觀形貌的材料組合來產生和傳輸電荷。盡管最近有一些成功的實踐和報道，但如何在復雜動力學平衡的指導下操縱多組分共混物的形貌，以最大光生電流并減少不同來源的電壓損耗通道，這一基本挑戰遠未得到滿足。因此，使用合適的材料和后處理過程來實現可以最大化電荷產生和提取的理想形態，是提高器件效率的重要途徑。由此出發，結合富勒烯和非富勒烯受體(NFAs)可能是有利的，因為富勒烯衍生物(PCBM)是良好的電子傳輸介質，而NFAs具有良好的光吸收和高度可調的能級排列。此外，由于NFAs體系的電荷分離過程中的驅動力較小，相應的器件得到的開壓損耗[定義為Eloss = Egopt ? qVoc (其中Egopt是光帶隙，Voc是開路電壓，q是基本電荷)]很低。
【成果簡介】
近日，中科院化學所的朱曉張教授、瑞典林雪平大學的張鳳玲教授以及上海交通大學劉烽教授（共同通訊）聯合在Nature Energy上發表文章，題為：High-efficiency small-molecule ternary solar cells with a hierarchical morphology enabled by synergizing fullerene and non-fullerene acceptors。作者通過將小分子給體與富勒烯和非富勒烯受體相結合，實現了三元太陽能電池13.20?±?0.25%的高能量轉換效率，這形成了由PCBM組成的電荷運輸高速公路和精細的非富勒烯小相分離路徑組成的分級形貌。
展開 最終，半透明有機太陽能電池的顯色指數接近100、平均透過率超過20%，且光電轉換效率達到了9.37%。更為重要的是，該種策略具有很好的普適性，不但適用于不同的活性層體系，還適用于制備大面積、柔性半透明器件。
圖1(a) 半透明有機太陽能電池的器件結構和材料分子結構；(b)不同光活性層材料的吸收光譜；(c)不同共混膜的透過光譜；(d)半透明有機太陽能電池的透過光譜; (e)不同半透明有機太陽能電池在模擬光源AM 1.5G下的色坐標; (f)透過不同半透明有機太陽能電池拍攝的數碼照片。
從圖1可以看出，相比于兩元體系，三元體系具有更好的光吸收互補特性，有效抑制了在600-780 nm波長范圍內透過光的波動性，且三元體系的共混膜展現出更好的顯色性。進一步通過引入介質鏡精確反射380-600 nm范圍透過的光，可降低該區域的透過率，從而獲得較為水平（均一）的透過光譜。基于三元體系和介質鏡協同效應下制備的半透明有機太陽能電池具有很好的顯色性，顯色指數接近100，其色坐標接近模擬標準光源AM 1.5G。透過該半透明電池拍攝不同的畫面能夠很好保留原有的色彩。
圖2(a) 采用刮涂法制備的三元半透明有機太陽能電池以及模擬其替代玻璃應用在窗戶上；(b) 10 cm×10 cm的半透明有機太陽能電池其不同位置上的透過光譜（圖片上位置的顏色與透過曲線顏色一致）； (c)不同區域的9個半透明有機太陽能電池的效率統計圖。
為了進一步推動半透明有機太陽能電池走向實際應用，研究人員探索了該策略在大面積刮涂法中的適用性。如圖2所示，采用刮涂法制備的大面積半透明有機太陽能電池同樣具有優異的顯色性，通過測試和統計不同區域的透過光譜和器件效率發現，大面積電池表現出了很好的均一性和重復性，為在光伏窗戶上的應用提供了可能。他們還拓展了半透明有機太陽能電池在柔性電池中的應用。
展開 南開大學化學學院陳永勝教授領銜的團隊在有機太陽能電池領域研究中獲突破性進展。他們設計和制備的具有高效、寬光譜吸收特性的疊層有機太陽能電池材料和器件，實現了17.3%的光電轉化效率，刷新了目前文獻報道的有機/高分子太陽能電池光電轉化效率的世界最高紀錄。這一最新成果讓有機太陽能電池距離產業化更近一步。介紹該研究的論文在線發表于國際頂級學術期刊《科學》（Science）上。
有機太陽能電池的柔性特征和本工作主要結果
有機太陽能電池產業前景可期
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有機太陽能電池是解決環境污染、能源危機的有效途徑之一，其在質輕、柔軟、半透明、可大面積低成本印刷、環境友好等方面都遠遠優于傳統太陽能電池，被認為是具有重大產業前景的新一代綠色能源技術。然而，實現高效率的太陽能電能轉化是有機太陽能電池研究的核心難題。而這一難題能否解決也直接決定著有機太陽能電池能否走出實驗室、走進人類的實際生產生活。
提高光電轉化效率瓶頸何在？
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CIGS太陽能電池中的吸收13天前
摘要
太陽能電池是可再生能源領域的一種基礎技術。為了優化效率，大多數常見的設計使用薄膜結構和具有高吸收系數的介質——因為正是這種吸收的光能最終會轉化為電流。基于銅銦硒化鎵(CIGS)的太陽能電池，與基于其他材料的電池相比，它們可以變得更薄而不損失吸收效率，因此已經很普遍地使用了。
建模任務
300nm~1100nm的平面波均勻光譜
太陽能電池板將太陽能轉化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩態下到達板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應。
目標
觀察由于一個發熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
comsol鈣鈦礦太陽能電池仿真2個月前
鈣鈦礦太陽能電池仿真，半導體模塊不會設置，需要出p-v J-V曲線圖，還請大神們指點一二
在此應用案例中，通過合理設計初始結構并進行進一步優化，我們開發出了一種在可見光和近紅外光譜范圍內均具有優異減反射性能的鍍膜。該鍍膜能有效降低寬范圍入射角的反射，提高光的透射效率，從而提升整體能量轉換效率。
摘要
應用場景
設計結果
可見光及近紅外光
摘要
在此應用案例中，通過合理設計初始結構并進行進一步優化，我們開發出了一種在可見光和近紅外光譜范圍內均具有優異減反射性能的鍍膜。該鍍膜能有效降低寬范圍入射角的反射，提高光的透射效率，從而提升整體能量轉換效率。
應用場景
可見光及近紅外光（400–1100 nm）約占太陽能總能量光譜的
本案例展示的是一個一維模型的薄膜太陽能電池示例。它包括一個附加銀層和透明邊界條件的兩個設置，而不是完美的電導體邊界條件進行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對這兩種設置執行波長掃描，并將結果可視化，就像薄膜太陽能電池的例子一樣。此外，它在下圖底部所示的半對數圖中顯示了兩種設置的節能誤差。
一維系統的幾何定義和網格劃分
雖然光源、材料和項目設置與
本案例展示的是一個一維模型的薄膜太陽能電池示例。它包括一個附加銀層和透明邊界條件的兩個設置，而不是完美的電導體邊界條件進行比較。腳本data_analysis / run_comparison_1D.M對這兩種設置執行波長掃描，并將結果可視化，就像薄膜太陽能電池的例子一樣。此外，它在下圖底部所示的半對數圖中顯示了兩種設置的節能誤差。
人們構想大量不同的策略來替代隨機紋理，用來改善太陽能電池中的光耦合效率。雖然對納米光子系統的理解不斷深入，但由于缺乏可擴展性，只有少數提出的設計在工業被上接受。在本應用中，一種定制的無序排列的高折射率介質亞微米量級的二氧化鈦(TiO2)圓盤作為標準異質結硅太陽能電池的抗反射惠更斯超表面在試驗中進行開發。無序陣列使用基于膠體自組裝的可伸縮自下而上的技術制造，該技術幾乎不考慮設備的材料或表面形態。我們觀察到
摘要
太陽能電池是可再生能源領域的一種基礎技術。為了優化效率，大多數常見的設計使用薄膜結構和具有高吸收系數的介質——因為正是這種吸收的光能最終會轉化為電流。基于銅銦硒化鎵(CIGS)的太陽能電池，與基于其他材料的電池相比，它們可以變得更薄而不損失吸收效率，因此已經很普遍地使用了。
建模任務
300nm~1100nm的平面波均勻光譜
系統來源：J. Goffard et
隨著全球工業化進程的不斷加快，能源與環境危機成為一個亟待解決的問題。太陽能作為一種清潔可再生的能源，現已被廣泛應用于各領域。其中太陽能電池板作為太陽能轉換為電能的核心載體是其中的重點研究對象。
太陽能電池板的質量是影響太陽能電池發電效率的主要因素,由于光伏電池在生產過程中，因生產工藝不足或其他因素會產生一些次品。市場對電池晶片質量的要求不斷提高，提高質檢水平就顯得尤為重要
