光伏材料的案例
蘇州大學崔超華教授系統評述：有機光伏材料的分子設計與器件性能研究
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 中科院化學所李永舫院士課題組等AM：在高效寬帶隙聚合物給體光伏材料的研究中取得新進展
原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202100474
來源：中科院化學所
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展開 李永舫院士團隊：非等量D-A共聚策略合成高效聚合物給體光伏材料
中科院化學所李永舫院士課題組首次提出了非等量D-A共聚策略并合成了應用于有機/聚合物太陽電池的非等量D-A共聚物給體光伏材料。基于該類材料的二元器件的開路電壓、短路電流與填充因子均得到了提升，并取得了17.71%的高能量轉換效率。該研究更深層次地探討了基于D-A共聚理論的機理，并對應用于高效有機光伏材料的D-A共聚物給體光伏材料提供了新的設計思路，對指導設計高性能D-A共聚物有機半導體材料具有重要意義。
給體單元-受體單元（D-A）共聚策略已被廣泛應用于構筑高性能有機半導體材料，用于有機發光二極管、聚合物太陽電池、有機場效應晶體管等?；贒-A共聚策略的分子結構設計的不斷優化，科研人員合成了一系列高效聚合物給體光伏材料，有力地推動了有機/聚合物太陽電池能量轉換效率的快速提升。然而，從初期的發展新型給體/受體單元，到現階段的精細調控，如側鏈工程、官能團取代等，D-A共聚物的設計優化一直處于針對單體結構進行修飾的層面。此外，盡管現如今近乎所有高效的聚合物材料都是基于D-A共聚結構，但這些D-A共聚物（包括新興的三元無規共聚物）均是由等量的給體單元和受體單元交替共聚所構成。針對聚合物長鏈組態的調控優化以及D-A共聚策略更深層機制的研究目前仍然較少。
近日，中科院化學所李永舫院士課題組首次提出了非等量D-A共聚策略。通過在聚合物長鏈中嵌入更多比例的D-單元，他們合成出了基于高效共聚物PM6的非等量D-A共聚物PM6-Dn（n=1,2,3）(圖1)。
圖1. 非等量D-A共聚物PM6-Dn（n=1,2,3）的合成方法。
展開 光伏電池不可或缺的關鍵材料-EVA的國產化情況
你是否能想到
一滴油竟能“變成”光伏料？
伴隨可持續發展意識深入人心
全世界光伏發電綜合利用經營規模快速擴大
在“碳達峰碳中和”愿景目標的引領下
光伏發電作為新能源產業中的佼佼者
在國內具有良好的發展前景
“十四五”期間
中國石化規劃建設7000座分布式光伏發電站點
推進綠色發展
EVA光伏料
作為光伏電池組件不可或缺的關鍵材料
越來越受到市場的追捧
EVA光伏料究竟是什么？
到底在光伏發電中起著怎樣的作用？
它又是如何從一滴原油演變來的？
光伏膠膜為何青睞EVA？
由于單體太陽能電池不能直接做電源使用，必須將單體太陽能電池串、并聯連接，并進行嚴密封裝，形成“光伏組件”，才能實現太陽能向電能的轉化。
形象地說，“光伏組件”就像是一塊“3+2”餅干。太陽能電池片是核心，上有鋼化玻璃層作保護，下有光伏背板層作支撐。而電池片與玻璃層之間、電池片與背板層之間，則為光伏膠膜?！?光伏膠膜，作為太陽能電池片的封裝材料，在中間主要起到對電池片的保護作用。直接決定了光伏組件的質量及壽命。
當前，光伏膠膜的封裝材料種類包括乙烯—醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、共聚烯烴彈性體（POE）等。其中，EVA樹脂因性能優良、價格便宜，成為最主要的膠膜材料。
展開 
一石三鳥—光、濕、熱全穩定的環境友好型銅基鈣鈦礦光伏新材料
甲胺鉛鹵鈣鈦礦(CH3NH3PbX3, X = I, Br, Cl)材料具有高的吸光系數、長的載流子擴散長度、可調控的直接帶隙、有趣的載流子輸運性質和溶液法低成本制備等突出優勢。此外，甲胺鉛鹵鈣鈦礦材料也應用于LED、激光器、光電探測器甚至催化領域，儼然成為一種“萬能材料”。然而，CH3NH3PbX3吸光材料還存在穩定性低、含有毒的鉛元素這兩個致命的缺點，這也是鈣鈦礦太陽能電池能否最終實用化所面臨的兩大挑戰性難題。因此，非常需要尋找一種新型高穩定、低毒的有機無機雜化鈣鈦礦吸光材料。
【成果簡介】
近期，湘潭大學材料學院王金斌教授及鐘向麗教授等（共同通訊作者）在美國化學會旗下的國際知名期刊ACS Applied Energy Materials上發表題為“(C6H5CH2NH3)2CuBr4: A Lead-Free, Highly Stable Two-Dimensional Perovskite for Solar cell Applications”的研究論文。這項工作首次對環境友好型銅基鈣鈦礦材料(C6H5CH2NH3)2CuBr4的光電性質、穩定性及光伏性能進行了深入研究，發現(C6H5CH2NH3)2CuBr4不僅具有較高的吸光系數, 還具有優異的全方位穩定性，是目前報道的唯一能夠同時抵抗紫外光、濕、熱的不利影響的銅基鈣鈦礦材料。最后，文章證明了這種材料具有一定的光伏效應。
【圖文導讀】
圖一：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有層狀鈣鈦礦結構，從SEM可以清楚地看到其層狀特征。
圖二：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有禁帶寬度1.81 eV、吸光系數高，并研究了其能帶結構。
圖三：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有良好的濕度、熱穩定性。
圖四：器件結構及光伏效率。
展開 石墨烯和其他2D材料在太陽能光伏中的應用
作者認為石墨烯已經展示了巨大的研究和工業潛力，可以被吸收到光伏標準技術路線圖中。這方面的一個問題是，它必須與現有的工藝和供應鏈競爭，以獲得硅和氧化銦錫等現有材料同樣的地位。然而，作者認為，具有巨大潛力的材料應該總是相互協同補充和協調，而不是相互競爭。
全小分子非富勒烯有機太陽電池效率超過10%
為了進一步提升全小分子有機太陽電池的光伏性能，他們最近又將硅烷基噻吩為側鏈的二維BDT單元引入到p-OS小分子給體材料中，合成了兩個新的p-OS小分子給體光伏材料H21和H22（分子結構見圖1），并研究了不同末端受體單元對材料物理化學性質及其光伏性能的影響?；贖22：IDIC的全小分子有機太陽電池的光電轉換效率進一步提升到10.29%。這一結果最近發表在《先進材料》（Adv.Mater.,2018,30, 1706361.）上。
：n-型晶體管材料在有機光伏和光探測器件中的成功應用
近日，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室段春暉教授課題組聯合東莞理工學院趙雁飛博士、南密西西比大學顧曉丹教授、天津大學葉龍教授在Chemistry of Materials上發表最新研究成果“High-Performance All-Polymer Solar Cells and Photodetectors Enabled by a High-Mobility n-Type Polymer and Optimized Bulk-Heterojunction Morphology”。該工作將應用于有機場效應晶體管（OFETs）的高遷移率n-型聚合物PNDI-DTBT（圖1a）作為聚合物受體引入all-PSCs和all-PPDs中，選用了三種不同化學結構的聚合物給體PBDB-T、J51和PCE10（圖1b）與其搭配，通過形貌調控基于PBDB-T的all-PSCs實現了8.5%的能量轉換效率，all-PPDs實現了1.32 × 10-8 A cm-2的暗電流和4.77 × 1012 Jones的比探測率（-0.1 V偏壓下），優異的器件性能展示出高遷移率n-型聚合物在有機光伏和光探測器領域的巨大應用潛力。
圖1 （a）受體PNDI-DTBT的化學結構和器件結構；（b）給體PBDB-T、J51、PCE10的化學結構。
受體PNDI-DTBT在OFET中的電子遷移率是3.1 cm2 V-1 s-1，其吸收主要集中在600?800 nm，能與給體形成較好的吸收互補和能級匹配（圖2），最優光伏性能詳見表1，基于PBDB-T的all-PSCs實現了8.5%的PCE，這主要是得益于給體更深的HOMO能級和更優的共混形貌。
展開 侯劍輝/張少青《ChemSusChem》：超過10%！基于P3HT有機太陽能電池的效率新紀錄
近年來，通過開發新型光活性層材料以及對其聚集態結構的有效調控，有機太陽能電池的光伏效率取得了不斷突破。然而，日漸成熟的分子設計策略使得光伏材料的分子結構越來越復雜，使其面臨成本過高和難以大批量制備等難題，成為制約有機光伏技術產業化的關鍵因素。
經典的導電聚合物聚（3-己基噻吩）（P3HT）已實現了低成本批量生產，是實現有機太陽能電池應用最具潛力的聚合物給體之一，近年來非富勒烯受體（NFA）的大量涌現也為有效提高其光伏效率提供了可能性，然而，由于大部分NFA與P3HT之間的相容性過強而致使二者在活性層中無法形成可以高效傳輸載流子的連續通道，基于P3HT:NFA的有機太陽能電池的光伏效率仍然較低，無法滿足實際應用的需求。因此，通過材料設計或形貌優化手段調節P3HT與NFA之間的相容性是提高基于P3HT有機太陽能電池光伏性能的關鍵。
近日，中國科學院化學研究所侯劍輝研究員和北京科技大學張少青副教授等人在先前報導過的P3HT:ZY-4Cl體系（Energy Environ. Sci., 2020, 13, 2864.）中，采用可揮發性固體添加劑，SA4，誘導活性層分子堆積更加有序，實現了基于P3HT的有機太陽能電池光伏效率10%的突破。差示掃描量熱（DSC）和原子力顯微鏡（AFM）測試結果表明SA4主要與受體ZY-4Cl相互作用，對其聚集態結構有明顯的影響。與傳統的液體添加劑1,8-二碘代辛烷（DIO）相比，SA4與DIO對ZY-4Cl的光學和結晶特性具有相似的作用，但對活性層微觀形貌的影響卻大有不同。研究結果表明，可揮發性固體添加劑SA4的引入使得活性層分子堆積更加有序，可形成更加有利的相分離形貌，從而促進電荷傳輸并抑制載流子復合，獲得更高的短路電流和填充因子。
展開 武漢大學閔杰研究員課題組《Joule》：全聚合物和單組份太陽電池研究取得新進展
RRL2020,4, 2000409）；通過引入含噻吩稠環端基異構體，課題組合成了一系列高效率的聚合物的受體材料，且活性層展現出優異的光熱穩定性（Chem. Mater.2021,33, 761-773）；另外，通過引入單氟和雙氟取代端基，設計的聚合物受體相比于PYT能夠獲得更強且紅移的吸收光譜，更好的分子堆積和電子遷移率，從而獲得了超過15%的效率（Adv. Energy Mater.2021,11, 2003171，Angew. Chem. Int. Ed.2021,60, 10137-10146，Adv. Funct. Mater.2021, DOI:10.1002/adfm.202100791）。
在形貌調控方面，課題組在前期發展的逐層涂膜工藝基礎上（Joule2020,4, 407-419），制備了基于PYT聚合物受體的偽雙層結構，有效地改善了活性層形貌和載流子傳輸機制，從而獲得了15.20%的PCE（Adv. Funct. Mater.2021,31, 2010411）。值得一提的是，在研究全聚合物太陽電池穩定性問題的過程中發現：隨著活性層厚度的減小，活性層的熱穩定性和其器件光熱穩定性會逐漸增加。基于此發現，并結合效率、光熱穩定性、合成復雜性和活性層厚度等參數，課題組提出了一種新的光伏材料評價品質因數（i-FOM2.0），為有機光伏材料提供了新的度量方式(Joule2021,5, 1209-1230)。
展開 曹鏞院士團隊在《Nature Energy》發表聚合物太陽電池研究成果
近日，華南理工大學曹鏞院士團隊通過化學結構微調控設計聚合物光伏材料，實現1 cm2聚合物太陽電池的認證光伏效率超過12%，相關成果以“Fine-tuning of thechemical structure of photoactive materials for highly efficient organicphotovoltaics”為題，發表于國際著名期刊《Nature Energy》。論文第一作者為樊寶兵博士，通訊作者為黃飛教授、應磊研究員，以及愛爾蘭根-紐倫堡大學李寧博士，華南理工大學為論文第一單位。
光伏技術可將清潔、可再生太陽能轉換為人類可以直接利用的電能。聚合物太陽電池具有制備成本低、光電特性易調節、可實現半透明以及可制成大面積柔性器件等優點，具有巨大的商業價值和應用前景。通常，高效聚合物太陽電池僅能在很小的有效輻照面積（< 0.05 cm2）時才能實現。該研究從聚合物給體材料的化學結構微調控著手，發展了一系列新型電子給體，通過研究其光學、電學、以及聚集特性的差異與規律，獲得的最佳材料組合在1 cm2器件中獲得12.25%光電轉換效率，并具有極優異的穩定性，展現出廣闊的市場應用前景。
展開 
中科院化學所李永舫院士和鄭大孫晨凱博士《Adv. Mater.》：基于喹喔啉單元的D-A共聚物在有機/鈣鈦礦太陽能電池中的應用
在太陽能的利用中，通過半導體材料的光生伏打效應將光能直接轉換成電能的太陽能電池是太陽能利用的重要形式。其中，第三代太陽能電池技術，特別是有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池，近年來受到廣泛關注并取得了快速的發展。
喹喔啉（Qx）單元是兩個六元環稠合的雜環分子（含有兩個對稱的N原子），具有弱的缺電子性質、較強的醌式共振取向、以及較多的可取代位點，是構筑寬帶隙D-A共聚物理想的缺電子A單元。在這篇文章中，中科院化學所李永舫院士和鄭州大學孫晨凱博士等總結和討論了基于Qx單元的D-A共聚物在有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池中的應用。
在有機太陽能電池光伏材料中，基于Qx單元的D-A共聚物給體長久以來吸引了研究人員們的廣泛興趣，特別是自2018年中科院化學所李永舫院士團隊報道了低成本高效的D-A共聚物給體PTQ10以來。在文中，作者分別從主鏈調制、側鏈優化和官能團取代方面對基于Qx單元的D-A共聚物給體進行了詳細的討論。另外，他們又分別討論了基于Qx單元的低成本高效的PTQ衍生物給體和基于Qx衍生物的D-A共聚物給體。本文主要關注Qx基的D-A 共聚物給體的分子設計策略和結構-性質關系，旨在為開發更高效的Qx基的D-A共聚物給體提供指導。
此外，他們還總結和討論了基于Qx單元的D-A共聚物作為空穴傳輸材料在鈣鈦礦太陽能電池中的應用，可以為提升鈣鈦礦太陽能電池的性能和穩定性提供思路。
上述成果于近期發表在Adv. Mater.2021, 2104161.上。鄭州大學孫晨凱博士為文章的第一作者兼通訊作者，中科院化學所李永舫院士為通訊作者。
展開 2024天津新能源裝備展|2024天津工博會·新能源裝備展
【展示范圍】
太陽能技術與裝備材料：太陽能熱利用、光熱發電、太陽能并網光伏發電系統、制冷系統及設備、太陽能燈具及建筑材料、LED技術及產品、系統工程施工設備與安全防護、太陽能熱利用設備、太陽能光伏、光熱發電系統等。
光伏生產及配套設備：光伏生產設備、光伏材料生產設備、光伏全套生產線、切割設備、清洗設備、檢測設備、其他相關設備;光伏電池、光伏相關零部件、光伏原材料、光伏應用產品、光伏工程及系統電池生產設備、電池板/組件生產設備等。
儲能材料與應用:儲能材料及儲能設備及組件、儲能技術及材料、儲能設備及組件、儲能系統及EPC工程、分布式能源與儲能系統、集中式可再生能源發電系統、儲能電源等。
氫能設備與技術存儲：氫燃料汽車與其他交通工具、制氫設備技術與氫氣供應、加氫設備、氫氣儲運及相關設備等。
電池材料及裝置設備：各類電池、離子電池、燃料電池、電池及關鍵部件和供應技術、氣體分析設備，分析軟件，電特性評估裝置，材料測驗儀器，電池側射設備。
新能源汽車智能工廠：數控機床、柔性制造系統、工業機器人、數據采集及識別系統、自動化控制系統、智能倉儲物流系統、IT 軟件及互聯網、數字化工廠整體解決方案;新能源汽車零部件產品包裝、托盤/周轉箱、物流服務等相關配套產品。
其他：電動汽車充換電及配套設備：(汽車商用車等充電樁、充電站、充電站配電設備)節能及綜合能源服務設備、智慧能源建設及配套設備等。
【媒體資源】
每年定期舉辦的天津工博會，作為全國先進制造研發基地面向全球工業市場的交流平臺、全球工業匯聚展示平臺，連續多年受到了光明日報、新華社、人民網、中國工業報、科技日報等100余主流媒體的追蹤報道。
展開 2026年第三屆越南河內電池及儲能技術展覽會Battery Expo 2026
參展范圍：
電池產品及技術：各類動力電池及組件、儲能電池、固態電池、3C 電池、鉛蓄電池等各類電池以及電芯、材料、模組與 PACK 等
儲能產品及技術：儲能設備及組件、光儲一體化及配套設備、儲能電站及 EPC 工程、BMS 電池管理系統、儲能逆變器、充電樁技術等
新能源及光伏技術：太陽能、風能、地熱能、潮汐能、生物質能等新能源發電及其配套技術和設備，余熱/垃圾焚燒/沼氣發電技術、新光源及節能照明產品等；光伏材料應用技術產品如硅材、玻璃、封裝薄膜等
電力技術設備：輸配電設備、發電技術設備、 整廠設備及工程、電力調度系統設備、控制及測試電力設備及儀器、電器電子設備、自動化設備等
越南儲能市場：
伴隨著越南經濟的不斷持續發展、新能源汽車產銷量的增加、儲能規模的擴大、消費電子出貨量的增長，都在很大程度上刺激了其電池和儲能行業的發展勢頭。根據VAMA的數據顯示，在2022年，越南汽車銷量超過了40萬輛，其中電動汽車銷量占比接近10%，在未來仍存在著顯著增長潛力。在儲能領域，為了盡快實現“碳中和”目標，越南政府加快對可再生能源的產業布局，國內風力發電、光伏發電、水力發電等的裝機容量增長迅速，也帶動了其國內儲能規模的擴大，預計2023年年底將達到200MWh，未來五年并將以10-15%增速發展。但由于越南儲能技術市場起步較晚，目前其本土的新能源電池生產產能很難滿足國內日益增長的消費需求，這也因此導致市場對進口的高度依賴，而中國為其主要進口來源地。根據中國海關統計數據顯示，在2022年1-9月，越南從中國進口的鋰離子電池數量為5.68億個，較上年同期同比增長22.7%，高于同期印度、中國香港、韓國等地從中國進口的數量占比。
展開 復合材料應用市場廣闊 建筑交通領域前景形勢看好
自“十五”計劃提出，國家產業政策導向明顯傾向于以新材料產業為代表的高新技術產業，這對高分子復合材料行業產生重要推動力量。而“十二五”以來，復合材料產品制造工藝技術與裝備水平穩步提升，高性能復合材料的發展將成衡量國家經濟發展、科技進步的標志。
由于風能和航空市場呈現兩位數的增長速度，未來五年，全球復合材料市場有望實現3.5%的復合年增長率。除此以外，城市人口的持續增長以及建筑和基礎設施領域的高速增長，也是主要推動力。亞洲區域則是復合材料行業增速最大的區域，預計未來增勢不減。
復合材料廣泛應用于航天事業
當今世界上存在著一種飛機結構復合材料化的趨勢，飛機設計要求為減重每1克重量而奮斗，比重僅為1.6g/cm3的先進復合材料，能夠給飛機結構帶來20%~30%的減重，這是其他手段無法企及的。此外復合材料還具有可設計性強、疲勞性能好、耐腐蝕、便于整體成型等一系列的優點。國外飛機結構設計中復合材料應用技術已十分成熟。
目前，中國的稀土功能材料、先進儲能材料、光伏材料、有機硅、超硬材料、特種不銹鋼、玻璃纖維及其復合材料等產能已居世界前列。中國也已掌握 18項新材料 關鍵技術，包括高性能碳纖維，高品質特殊鋼和半導體照明材料與芯片等。
當前我國復合材料行業發展潛力巨大
但由于我國新材料產業起步晚、生產技術基礎差，目前有相當部分市場成熟的新材料產品，尤其是基本型產品國內市場供不應求，在很大程度上依賴進口，加上行業競爭激烈，無數該行業的創業者們前仆后繼，始終沒有幾個人能殺出重圍取得突破性進展。
在產業結構方面，據前瞻產業研究院《中國復合材料行業發展前景預測與投資戰略規劃分析報告》顯示，目前我國復合材料行業企業大約有3000-4000家，但規模以上企業僅180余家，年銷售額在20億以上的大型企業集團更是鳳毛麟角。
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