聚合物太阳能电池研究进展

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聚合物本体异质结型太阳能电池研究进展

基金项目:国家自然科学基金(59983001);作者简介:王彦涛(1979-),男,硕士研究生,主要从事光电功能材料的研究。

聚合物本体异质结型太阳能电池研究进展王彦涛,韦　玮,刘俊峰,张　辉(西安交通大学环境与化学工程学院,西安710049) 摘要:聚合物本体异质结型太阳能电池是一种基于电子给体/受体混合物薄膜的高效率有机光伏器件。

文中介绍了近年来聚合物本体异质结型太阳能电池的最新研究进展,指出了目前存在的问题和今后的发展方向。

关键词:有机太阳能电池;共轭聚合物;异质结随着全球对能源需求的日益增加,石油、煤炭、天然气等传统能源日益枯竭,地球每年吸收的太阳能为5.4×1024J 左右,相当于目前世界上所有可用能源的几万倍。

因此太阳能的利用,尤其是直接利用太阳辐射转变为电能的太阳能电池的应用,特别受人关注。

目前,太阳能电池有很多种,几乎所有商品化的太阳能电池都是由硅或者无机化合物半导体制成,然而其高成本,制造过程当中的毒性和不易柔性加工等缺点,使得人们从上个世纪70年代开始关注有机太阳能电池研制,尤其是共轭聚合物太阳能电池的研究更是近年来研究的一个热点。

这种聚合物电池具有很多独特的性质,如:可提供湿法加工成膜(旋涂、刮涂及丝网印刷等);可制成柔性器件、特种形状器件以及大面积器件;共轭聚合物很容易和其他有机或者无机材料共混而制备杂化器件等等。

目前,纯聚合物太阳能电池光电转换效率大都很低[1],为1%～2%,制约其能量转换效率的主要因素是电池的光谱响应与太阳光地面辐射不匹配、载流子在势场中的迁移率以及载流子的电极收集效率低等。

光诱导电荷转移现象的发现[2,3],使得聚合物太阳能电池的效率有了大幅提高。

如Saricifici 等[4]发现聚2-甲氧基252(22己基己氧基)21,42对苯撑乙烯(MEH 2PPV )与C 60的复合体系中存在光诱导电子转移现象。

利用共轭聚合物作为电子给体材料(D ),有机小分子或者无机半导体作为电子受体材料(A )制成复合薄膜,通过控制相分离的微观结构形成互穿网络,从而在复合体中存在较大的D/A 界面面积,每个D/A 接触处即形成一个异质结,同时D/A 网络是双连续结构的,整个复合体即可被视为一个大的本体异质结,以这种复合体薄膜为活性层的太阳能电池被称为聚合物本体异质结型太阳能电池。

P3HT／PCBM太阳能电池的研究进展

ｏｎｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｄｏｎｏｒａｎｄａｃｃｅｐｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌ，ａｄｄｉｔｉｖｅ，ａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｅ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
ｐｏｌｍｅｙｒｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ，Ｐ３ＨＴ／ＰＣＢＭ，ｐｏｗｅｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
能源危机已成为人类生存及社会经济发展急需解决的重要问题，世界各国都在开发绿色环保的新能源。太阳能作
研制出效率为６的实用型单晶硅电池，为太阳能电池技术的研究拉开了序幕］。目前研究和应用最广泛的单晶硅、多晶硅和非晶硅等无机太阳能电池已经取得了极大的进展［４］，然而由于其本身加工工艺复杂、对材料要求高，因而
为一种易于获取、安全、洁净无污染的新能源，为人们解决能
６１一ｐｈｅｎｙｌ — Ｃ６１一ｂｕｔｙｒｉｃａｃｉｄｍｅｔｈｙｌｅｓｔｅｒ）就经常被用作受体材料，其分子结构如图２所示。
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＲｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｏｆｐｏｌｙｍｅｒｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｂａｓｅｄｏｎＰ３ＨＴ／ＰＣＢＭａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｆｆｅｃｔ

聚合物电解质在太阳能电池中的应用

聚合物电解质在太阳能电池中的应用随着人类对清洁能源的需求越来越强烈，太阳能作为一种绿色、环保的新能源日益受到人们的重视和关注。

而太阳能电池作为太阳能利用的主要手段之一，其性能的改进一直是研究者们关注的热点问题之一。

其中，聚合物电解质在太阳能电池中的应用备受瞩目。

一、聚合物电解质的基本概念聚合物电解质是指具有高分子结构、通过离子交换来传递电荷的材料。

它与传统的液态电解质相比，具有更高的稳定性、更好的电导率和更广泛的化学稳定性。

二、聚合物电解质在太阳能电池中的应用1.提高太阳能电池的效率聚合物电解质作为太阳能电池的关键材料之一，可以有效提高太阳能电池的输出功率和转换效率。

它能够承受较高的电场强度，从而提高太阳能电池的动力输出和光电转换效率。

此外，与传统的无机电解质相比，聚合物电解质还具有更高的光学透明性和更低的离子电阻，从而进一步提高了太阳能电池的效率。

2.提高太阳能电池的稳定性聚合物电解质的长寿命和稳定性使其成为太阳能电池的理想材料。

它可以在多种环境和温度下稳定地工作，或者在长期使用后不容易出现退化和失效。

因此，太阳能电池中使用聚合物电解质可以有效提高太阳能电池的稳定性和寿命。

3.降低太阳能电池的成本聚合物电解质的制备方法简单，成本低廉，可以大批量制备。

与传统的无机电解质相比，它还具有更好的刻蚀抵抗力、更好的潮湿度敏感性和更低的氧化还原电位，从而降低了太阳能电池的制造成本。

三、聚合物电解质在太阳能电池中的应用研究进展目前，聚合物电解质在太阳能电池中的应用研究已成为材料科学的热门话题之一。

主要研究方向包括聚合物电解质的配方设计、制备工艺、电学性能研究、稳定性评价以及太阳能电池的制备和优化等。

其中，太阳能电池的制备和优化是聚合物电解质应用研究的重点。

以太阳能有机电池为例，近年来，研究者们采用聚合物电解质来替代传统的无机电解质，大大提高了太阳能有机电池的性能。

他们通过改变聚合物电解质的结构和比例，在多种机理上进一步提高了太阳能有机电池的光电转换效率和稳定性。

咔唑基聚合物太阳能电池材料的研究进展

• 过程中，当电子给体材料与电子受体材料在复合光的照射下，光诱导产生的电子即转移给受体，而光诱导产生的空穴则转移给给体材料。
4
• 经实验证实，这一电子转移过程要比光荧光辐射跃迁要快3~4个数量级。这样光生电荷的发光复合就可以被有效地阻止，从而使电荷的分离效率大幅提高。
5
2006年PCz
• 2006年，Li等合成得到了一种新的聚咔唑衍生物（PCz，图1-1），以苝四羧酸二酰亚胺（PDI，图1-2）为受体基元，在太阳光谱激发下得到0.6%的光电转化效率。
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创新点
• 1）咔唑基-无机纳米晶作为电子受体材料，而不是只有咔唑基衍生物作为电子给体材料的部分
• 2）对PCDTBT/PCBM聚合物太阳能电池性能进行了部分影响因素的比较
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参考文献
• 参考文献： • [1]黎立桂,鲁广昊,杨小牛,周恩乐. 聚合物太阳能电池研究进展[J]. 科学通
报,2006,21:2457-2468. • [2]苏雪花,夏德强,王守伟. 咔唑基窄带隙共轭聚合物太阳能电池材料的研究进
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5.结语
• 咔唑基共轭聚合物具有较窄带隙，可以最大限度地吸收光子、产生激子，确保较大的光电流。提高了材料的性能，使聚合物电池有一定的光电转化效率，仍然需要继续提高材料的性能以投入应用；
• 以咔唑衍生物-无机纳米晶为电子受体的太阳能电池光电转化效率很低，但是研究时间不长，同样具有良好的发展前景。
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• Wang等报道了使用CdSe-聚咔唑(CdSe-PVK)纳米复合材料为电子受体，并与羟基包覆的CdSe纳米晶体(CdSe-OH)相比较。二者都以P3HT为电子给体材料，分别组成以 P3HT/CdSe-OH体系和P3HT/CdSe-PVK体系为基础的聚合物太阳能电池，光电转化效率为0.02% vs. 0.001%。AFM图像显示，P3HT 与CdSe-PVK之间在活性层上更平滑、均匀的膜形态导致设备效率更高。

共轭聚合物太阳能电池研究进展

共轭聚合物太阳能电池研究进展共轭聚合物太阳能电池是一种利用有机分子材料转化光能为电能的新型太阳能电池，因其可以利用低成本、轻量化的有机材料制备，而成为太阳能电池研究领域的热门话题。

本文将详细介绍共轭聚合物太阳能电池的结构、工作原理以及研究进展。

一、共轭聚合物太阳能电池的结构共轭聚合物太阳能电池的结构是由多个层次组成的，包括基底材料、电子传输层、活性层、正极和负极等。

其中基底材料是主要承载太阳能电池的载体，电子传输层是用来传输电子的一层薄膜，活性层是太阳能电池的关键层，通过吸收太阳光将其转化为电能的过程就发生在活性层中，而正极和负极则负责从太阳能电池中提取电能。

二、共轭聚合物太阳能电池的工作原理共轭聚合物太阳能电池是一种基于有机材料的光伏技术，其工作原理与传统的硅基太阳能电池不同。

共轭聚合物太阳能电池的活性层是由一系列有机分子组成的聚合物构成的，当太阳光照射到聚合物上时，聚合物中的电子会被激发到一个更高的能级。

在此过程中，电子会离开其原位并移动到达电子传输层上。

电子传输层的绿色有机化合物具有丰富的自由电子和空穴，它们能够将聚合物中释放出的电子“导”向电池端口，从而产生电流。

这种电流被传输到电池的正极和负极上，从而可以用来为电子设备供电。

三、共轭聚合物太阳能电池的研究进展共轭聚合物太阳能电池是一种新型的太阳能电池，为了实现它的高效转化能力，目前研究者们正在进行大量的研究工作。

其中主要的研究方向包括活性层材料的开发、电池工程的优化和稳定性的提高等。

1. 活性层材料的开发由于共轭聚合物太阳能电池的活性层是由有机聚合物组成的，因此研究者们将重点放在寻找新型有机材料上，包括改进现有的材料，或者开发新的材料。

一些研究者利用聚合物缓存材料，使聚合物在光敏材料中更紧凑，在提高太阳能电池的光电转化效率的同时，实现了更高的光稳定性。

另一些研究者则研究了类似于二维材料的有机分子材料，例如共轭聚合物和碳化物，这些材料可以提高太阳能电池的效率、能够抵御紫外线和湿度，延长其使用寿命。

太阳能电池技术的新突破

太阳能电池技术的新突破太阳能电池，作为一种可再生清洁能源，正逐渐成为全球热门的能源研究领域。

虽然太阳能电池的效率已经有了较大的提升，但是仍然存在一些问题，比如成本较高、能量转换效率有限等。

近年来，随着新技术的不断涌现，太阳能电池领域也在不断发生变化。

本文将介绍太阳能电池技术近期的新突破。

第一、有机太阳能电池技术有机太阳能电池技术是一种颇受关注的太阳能电池技术，其价格低廉且易于制造。

有机太阳能电池的关键是有机材料——聚合物。

聚合物的主链成为电荷传递的“高速公路”，侧链负责吸收阳光并将其转换为电能。

有机太阳能电池的材料种类多样，可以制成透明的面板或柔性材料，方便移动和安装。

近年来，有机太阳能电池的效率也得到了大幅提升。

2018年，瑞士洛桑联邦理工学院的研究团队开发出了一种具有17%转换效率的全面屏有机太阳能电池，这一效率已经可以媲美传统硅基太阳能电池。

此外，有机太阳能电池还可以在低光强度环境下工作，适用范围更广泛。

第二、铊钛石太阳能电池技术铊钛石太阳能电池是一种比常见的硅太阳能电池更为高效的太阳能电池。

它具有高光电转换效率、稳定性好、耐高温、长寿命等优点，因此备受研究者青睐。

2019年，美国国防部与凯雷特能源公司联合研究开发出了一种铊钛石太阳能电池，该电池利用了高温烧结技术，采用类似钻井的方法，在硅基材料上制成了非常小的铊钛石结晶体，进而形成太阳能电池。

由于采用了微型结构设计，将太阳光聚焦在一个小表面上，使得光线更容易被电池吸收，从而提高了电池的能量转换效率。

这种太阳能电池的转换效率已经接近50%，使得其成为目前效率最高的太阳能电池之一。

第三、透明太阳能电池技术传统太阳能电池需要在阳光充足的地方安装，占用了大量的空间。

而透明太阳能电池技术的出现为建筑物和汽车等应用领域带来了更多可能性。

透明太阳能电池可以在保持建筑物或汽车玻璃透明度的同时吸收太阳能，实现自给自足。

这项技术既环保节能，又有着广泛的应用价值。

聚合物太阳能电池光敏层材料的研究进展

一层大颗粒的散射层, 提高光阳极对光的捕获和吸收效率, 与不添加散射层比较, 将电池效率提高了 64%.
本文探讨了染料敏化太阳能电池 TiO2 电极制作工艺的优化, 主要包括改变 TiO2 薄膜厚度, 用四氯化钛处理 TiO2 电极以及添加大粒子散射层. 从纳米晶颗粒的堆积方式以及电接触、电极的光谱响应提高光阳极性能, 研究其对电池效率的影响. TiO2 薄膜厚度对 DSSC 的光电转换效率有重要影响, 本文通过研究不同厚度的 TiO2 薄膜与电池各性能参数的关系, 得到了最佳的 TiO2 薄膜厚度. 实验表明, 在一定范围内增加半导体薄膜厚度, 可以增加染料吸附量, 从而提高电池效率, 但当厚度超过 14 μm 时, 电池的各性能参数均明显下降. TiCl4 处理电极后, 纳米晶颗粒间化学连接作用增强, 减小电子在纳米晶颗粒间的传输电阻, 降低电子与空穴的复合, 电池的开路电压、短路电流及填充因子都得到提高. 研究表明, 散射层的添加可以提高 DSSC 的光电转换效率[7,8], 但大多数研究都集中在染料吸附量的比较上面, 本文通过对大粒子散射层的光吸收率的测量, 发现散射层可以拓宽光阳极的光电响应范围, 提高电极对近红外光的吸收.
TiO2 薄膜作为染料吸附、电子传输的载体, 是染料敏化太阳能电池的关键, 其性能直接影响电池的效率[3]. Ito 等人[4]采用丝网印刷技术制备 TiO2 薄膜, 当薄膜厚度达到 12~14 μm 时电池效率达到 10.1%. Ito 等人[5]的研究表明, 对导电基底进行 TiCl4 预处理会在其表面形成一层 TiO2 微晶结构, 这样的结构有利于电子从 TiO2 薄膜向基底传输. 另一方面, 覆盖 TiO2 薄膜之后的电极进行 TiCl4 处理, 增强了纳米晶颗粒间的化学连接作用, 减小电子在纳米晶颗粒间的传输电阻, 减弱电子的复合效应, 将电池的转化效率提高了 15%. Lee 等人[6]通过在纳米晶薄膜上覆盖

太阳能电池中有机聚合物材料的研究应用

太阳能电池中有机聚合物材料的研究应用一、概述太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置，其中有机聚合物材料作为一种新型的太阳能电池材料，吸引了广泛的关注和研究。

有机聚合物材料具有易制备、可塑性好、成本低等优点，因此在太阳能电池中应用具有广阔的前景。

二、有机聚合物材料的介绍有机聚合物材料是指由有机分子通过化学键链接而成的大分子材料。

这种材料具有很多有用的性质，如可塑性好、易加工、低成本、轻质等。

因此，在太阳能电池中应用具有广泛的前景。

三、有机聚合物材料在太阳能电池中的应用有机聚合物材料在太阳能电池中的应用主要表现在以下几个方面：1. 有机太阳能电池有机太阳能电池是一种利用有机聚合物薄膜作为太阳能电池的光伏材料的一种设备。

与传统的硅基太阳能电池相比，有机太阳能电池具有更便宜的制造成本、柔性和轻质等特点。

2. 透明有机太阳能电池透明有机太阳能电池是一种开发成为透明的有机聚合物薄膜太阳能电池的光伏设备。

这种透明太阳能电池可以应用在诸如机动车、建筑物和移动设备等领域，能够在不影响外观的情况下向内供电。

3. 有机-无机混合太阳能电池有机-无机混合太阳能电池是一种将有机聚合物与无机半导体材料混合的太阳能电池。

这种混合太阳能电池具有兼顾两种材料优点的特点，既具有有机聚合物的可塑性、易加工、低成本等特点，也具有无机半导体的良好电子传输性能等特点。

四、有机聚合物材料应用的优点1. 成本低有机聚合物材料的制备成本相对较低，大大降低了太阳能电池的制造成本。

2. 可塑性好有机聚合物材料具有非常好的可塑性，可以通过各种加工工艺制成各种形式的太阳能电池。

3. 良好的光学性能有机聚合物材料具有良好的光学性能，能够将太阳光转化为电能的效率提高。

五、有机聚合物材料应用的瓶颈1. 效率低当前有机聚合物材料太阳能电池的转换效率仍然比较低，限制了其在大规模应用中的发展。

2. 稳定性差有机聚合物材料的稳定性不如无机半导体太阳能电池，可能会影响太阳能电池的寿命和稳定性。

聚合物电池的研究与应用前景

聚合物电池的研究与应用前景电池技术是人类近代科技的基石之一，它在电子设备、交通工具、航空航天等领域得到广泛应用。

而在电池技术中，聚合物电池，特别是锂聚合物电池因其高能量密度、长寿命、低自放电率等特点，逐渐受到关注。

本文将从聚合物电池的基本结构、研究现状、应用前景等方面展开阐述，以期能为相关领域的读者提供参考。

一、聚合物电池的基本结构聚合物电池与传统的金属锂电池、镍氢电池不同，它是一种以聚合物材料为正极、负极材料的电池。

聚合物材料因其和导电剂混合后可形成高导电性供电大面积的完整膜结构，具有独特的优点。

其中，聚合物电池的正极通常采用具有高氧化还原电位的高分子材料，如聚环氧苯、聚二酚醚二甲醚、聚苯乙烯等；而聚合物电池的负极则采用电导性较好的碳、石墨等材料制成。

聚合物电池的电解液主要由聚合物溶剂/离子液体等组成，电解液需要有良好的传质性、离子导电性和化学稳定性。

最后，聚合物电池的电池芯由正极、负极、电解液等组成。

由于聚合物材料中不含游离的金属离子，其放电过程中无形成金属锌、镍等的较大体积变化，因此聚合物电池具有不易发生内热，具有更广泛的工作温度范围，且经过改进的聚合物电池可达到更高的能量密度。

二、聚合物电池的研究现状聚合物电池是一种新型电池，因此其研究现状也颇具前沿性。

目前，各国的科学家和企业都在大力研发聚合物电池，以便为电动汽车、智能手机、折叠电子设备等领域提供更加持久的电力支撑。

1、研究聚合物电解液聚合物电解液是聚合物电池中最为关键的组成部分之一，其不仅决定了电池的性能稳定性和可靠性，而且对电池的安全性有着很大的影响。

因此，聚合物电解液的研究备受关注。

目前，研究人员主要从聚合物离子液体、聚合物溶剂、气体透过膜、质子交换膜等多个方面入手，优化聚合物电解液的分子设计、离子对接等参数，以提高聚合物电池的电化学性能和稳定性，并降低其制造成本。

这些研究成果为聚合物电池的开发与量产提供了更良好的技术支撑。

2、聚合物太阳能电池聚合物太阳能电池也是一件受人关注的领域之一，在聚合物太阳能电池中采用的聚合物半导体材料减少了材料使用成本、制备工艺要求、环境污染等问题，因而具有更广泛的应用前景。

聚合物材料在光伏电池中的应用研究

聚合物材料在光伏电池中的应用研究第一章引言光伏电池是将光能转换成电能的装置，近年来随着环保理念逐渐普及，太阳能发电逐渐受到关注。

然而，光伏电池组件的效率及寿命很大程度上取决于材料的质量，因此寻找更好的光伏材料成为光伏研究的重要课题之一。

近年来，聚合物材料在光伏电池中的应用得到了广泛关注，本文旨在介绍聚合物材料在光伏电池中的应用研究。

第二章光伏电池的基本原理光伏电池是将太阳光转化成电能的设备，它是太阳能发电的核心部件。

光伏电池的基本工作原理是光子能量被半导体材料吸收后，激发材料内的电子成为自由电子。

这些自由电子在电场的作用下产生电流，从而形成电能输出。

通常，光伏电池可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅和无机材料等不同类别。

第三章聚合物材料在光伏电池中的应用3.1 聚合物太阳能电池的工作原理聚合物材料是指由单体分子通过共价键连接而成的高分子化合物，是一类能够在原子和分子水平上控制电子输运特性和光电性质的材料。

聚合物太阳能电池是将半导体聚合物作为在光电能量转换中，代替传统的无机电子分立式半导体的材料。

可以说是一种新型的高效、低成本、轻量、稳定、可撤销性质的太阳能电池。

聚合物太阳电池的主体结构是由有机材料在n型和p型半导体材料之间形成pn结构。

在均匀的强电场情况下，光子通过pn结被吸收，被吸收后的光子激发了pn结中电子和空穴的形成，空穴从p型材料的高浓度区移到n型材料的高浓度区，形成电流。

3.2 聚合物材料的特性相对于无机材料，聚合物材料在吸光、电荷传输和界面行为等方面有很多优越性能：（1）较高的吸收系数：聚合物材料的吸收系数在可见光范围内较大，同时也有较宽的吸收区域。

（2）波长可调节：具有不同的结构及基团的聚合物材料可以实现波长可控制。

（3）易于加工：聚合物材料有很好的可加工性，可以用常规的溶液旋涂技术制备大面积薄膜。

（4）低成本：相对于无机材料，聚合物材料的制备成本低廉。

（5）环境友好：由于聚合物材料可回收利用和可降解，因此被认为是环境友好型材料，符合现代社会可持续发展的要求。

聚合物太阳能电池的原理及应用前景

聚合物太阳能电池的原理及应用前景随着化石能源的枯竭和环境问题的日益突出，人们开始转向可再生能源的开发和利用。

太阳能作为最常见的可再生能源之一，其占有量巨大，贡献可观。

因此，太阳能电池已经成为人们日常生活和生产中必不可少的能源设备。

而聚合物太阳能电池，是目前市场上最受关注的太阳能电池之一，其具有的高效性与可降低制造成本的特点，让它备受欢迎。

一、聚合物太阳能电池的原理聚合物太阳能电池是利用了一种称为“共轭聚合物”的半导体材料制作而成。

此类材料能够将太阳光能转化为电能。

在当今市场上，聚合物太阳能电池主要有三种类型，包括全聚合物太阳能电池、聚合物/无机太阳能电池和混合太阳能电池。

全聚合物太阳能电池的制造过程非常单一，只需要将电子给体和受体充分混合即可。

此时在材料中会形成复合物，进而形成了完整的光电转换器件。

聚合物/无机太阳能电池结构比全聚合物太阳能电池更为复杂，包括一个或多个界面且需要控制聚合物与无机材料之间的微观结构。

混合太阳能电池是目前研究得最为深入的一种。

其将电子给体与无机电子受体直接组合在一起，利用两者间的互补作用来提高太阳能电池的性能。

二、聚合物太阳能电池的应用前景聚合物太阳能电池具有很高的应用价值和广阔的应用前景。

首先，相比于传统的硅基太阳能电池，聚合物太阳能电池成本更低，生命周期更长，可重复使用。

另外，聚合物太阳能电池的较低制造温度和灵活性使其可以被制成非常薄的材料，适用于多种不同的应用领域，如便携式电子设备、智能家居、太阳光伏农业、建筑物外墙、建筑顶部和汽车车身等。

其次，聚合物太阳能电池在能量转换效率方面也取得了重大进展。

目前，聚合物太阳能电池的效率已经高达16%以上，而且还有望进一步提升。

这使得聚合物太阳能电池对于光伏发电领域的应用来说具有更大的竞争优势。

研究和开发聚合物太阳能电池对于科学发展和经济建设都是极其重要的。

未来，聚合物太阳能电池有望为我们带来更加绿色的能源，减少污染和环境破坏，保护地球的生态环境。

有机化学中的聚合物的能源与储能应用

有机化学中的聚合物的能源与储能应用聚合物是一种由重复单元组成的大分子化合物，是有机化学中的重要研究对象之一。

近年来，随着能源和环境问题的日益突出，聚合物在能源和储能领域的应用也越来越受到关注。

本文将探讨有机化学中聚合物的能源与储能应用的研究现状和前景。

一、聚合物在能源领域的应用1.1 聚合物太阳能电池太阳能电池是利用太阳能将光能转化为电能的设备，具有可再生、环保的特点。

聚合物材料作为太阳能电池的关键材料之一，具有吸光性能好、成本低、加工方便等优势。

目前，聚合物太阳能电池已取得了一定的研究成果。

例如，以聚合物为活性层的有机薄膜太阳能电池在转化效率和稳定性方面有了显著的提高。

此外，还有基于聚合物纳米光子晶体的太阳能电池等新型结构的研究进展。

这些研究为聚合物太阳能电池的进一步发展提供了思路和技术基础。

1.2 聚合物燃料电池燃料电池是一种利用化学反应将燃料的化学能转化为电能的装置。

聚合物材料在燃料电池中扮演着重要的角色，可以作为催化剂载体材料、电解质材料等。

目前，聚合物燃料电池已成为研究的热点之一。

例如，具有高导电性和较好耐化学腐蚀性的聚合物复合电解质的研究成果表明，聚合物材料在燃料电池中有着广阔的应用前景。

此外，还有基于聚合物质子交换膜的燃料电池等新型结构的研究进展。

二、聚合物在储能领域的应用2.1 聚合物锂离子电池锂离子电池是目前最为常见的一种可充电电池，广泛应用于移动电话、电动车等领域。

聚合物材料在锂离子电池中作为电解质材料具有重要的作用。

聚合物锂离子电池的研究成果表明，以聚合物为电解质的锂离子电池具有较高的离子导电性和较好的机械柔韧性，可以解决传统锂离子电池中容易发生热失控等问题。

此外，还有一些基于聚合物材料改性的锂离子电池新技术，如固态聚合物电解质锂离子电池等。

2.2 聚合物超级电容器超级电容器是一种新型的储能设备，具有高能量密度、快充快放、长循环寿命等特点。

聚合物材料在超级电容器中作为电解质材料具有重要的作用。

聚合物材料的应用领域与研究进展

聚合物材料的应用领域与研究进展随着现代科学技术的发展，聚合物材料已经成为了现代化学和材料科学的一个重要的分支领域。

其在生产、生活、军事等方面发挥了越来越重要的作用，并成为了人类社会不可或缺的一部分。

聚合物材料的应用领域广泛，涉及到了众多领域，如电子、医疗、建筑、包装、汽车、能源等。

本文将围绕聚合物材料的应用领域及其研究进展进行探讨。

一、电子领域聚合物材料在电子领域中的应用越来越广泛。

例如 OLED 显示器及照明器具，它们广泛使用聚合物作为单元材料来提高效率和耐用性。

在这个过程中，电子聚合物可以用作光电转换层，捕获和转换光线，同时聚合物复合体可以作为LED封装材料和电子封装材料使用。

另外，聚合物太阳能电池在太阳能电池方面也非常重要，目前已经成为取代传统硅太阳能电池的主流技术之一。

球墨铸铁聚合物是一种在高电压条件下工作的高效电容器材料，聚合物铸造中的球墨铸铁材料具有重要的电气性能。

此外，在电子产品的生产工艺中应用聚合物材料可以提高生产效率，并具有卓越的性能和可靠性。

二、医疗领域聚合物材料在医疗领域中的应用越来越广泛。

例如，氨基酸聚合物可以被用作植入体和人工骨骼的基础材料。

同时，水凝胶聚合物可以用于医疗敷料，像疗伤、止血、杀菌和保持伤口湿润等。

聚合物用于微脊椎植入设备、心内膜及心包疾病修复、牙齿矫正、可降解药物释放及减肥小器械等都具有广泛应用。

聚合物材料可以为手术、病理检查等提供更灵活、更精准的选择。

例如，聚合物可以用于制造便携式电子设备带来的医疗成像设备，增加病人的便利性和体验性。

三、建筑领域目前，聚合物材料在建筑领域中的应用越来越多。

例如聚合物胶凝材料、隔音吸音材料、聚合物泡沫塑料、高效防水材料等重要的材料都具有非常广泛的应用，能够提高建筑材料的性能。

同样，聚合物材料还可以进行再生处理，这样更有益于环境治理和可持续发展。

四、包装领域聚合物材料在包装领域中的应用广泛，如食品和药品包装、家电包装、纸张塑料复合物等。

有机太阳能电池研究现状与进展

有机太阳能电池研究现状与进展
有机太阳能电池是一种可以将太阳能转化为电能的光电转换器件，相比于传统的硅基太阳能电池，有机太阳能电池具有成本低、可塑性好、轻量化等优点，因此备受关注。

以下介绍有机太阳能电池的研究现状与进展：
1. 效率提高：过去十年来，有机太阳能电池的功率转换效率不断提高，目前已经达到了17%左右，接近商业化水平。

2. 新材料的发展：研究者在寻找更优秀的有机材料方面进行了大量尝试，包括聚合物、小分子有机化合物和混合材料等，以提高有机太阳能电池的效率、稳定性和可持续性。

3. 有机太阳能电池的稳定性：为了解决有机太阳能电池的稳定性问题，研究者设计了新型材料和界面，探究了各种稳定剂和先进封装技术。

4. 柔性有机太阳能电池：在光电转换效率较高的情况下，有机太阳能电池适合制作柔性器件，形态可塑性好，可以应用于更广泛的领域。

目前柔性有机太阳能电池的商业化应用仍处于起步阶段，但未来充满潜力。

总的来说，有机太阳能电池的研究不断取得进展，但与传统硅基太阳能电池相比仍面临诸多挑战，例如效率、稳定性和成本等。

未来需要进一步探究新材料和工艺，提高有机太阳能电池的性能和可应用性。

聚合物太阳能电池的制备及性能研究

聚合物太阳能电池的制备及性能研究近年来，随着能源危机的日益严重，新能源研究备受关注。

太阳能作为最为广泛的可再生能源之一，其发展前景广阔。

而聚合物太阳能电池由于其低成本、轻便、柔性等优点，成为了太阳能领域中被广泛研究和应用的热门方向之一。

一、聚合物太阳能电池的制备聚合物太阳能电池是利用聚合物半导体材料与其他功能层耦合，形成一个有机薄膜结构，可以将光能转化成电能的一种设备。

其基本结构包括透明导电ITO玻璃衬底、有机薄膜太阳电池结构、阻障层和电极。

制备过程中的主要步骤包括表面处理、薄膜制备、太阳电池制备和保护层制备。

1.表面处理表面处理是制备聚合物太阳能电池的第一步，其目的是为了清洁ITO基板表面，增加ITO和PVDF之间的黏附力。

表面处理得不到保障，薄膜沉积过程中就会产生裂缝，导致光电转化效率降低。

2.薄膜制备在选择材料上，光吸收层、电子传输层和电子受体层是最重要的三个部分。

在这三个部分中，光吸收层是最关键的部分，可使太阳能光子吸收并转换为电子激发。

3.太阳电池制备太阳电池结构是太阳能电池制造中的重要一步，这个结构主要包括阳极和阴极两个电极，从而让阳极输送电子到阴极，并将光能转化成电能。

其中，电子传输层和电子受体层起到了关键的作用，而阻障层主要负责阻隔氧、水等无益杂质进入，影响太阳电池性能。

4.保护层制备在这一步中，主要制备一层热稳定的材料覆盖在太阳电池上，以保证它在长时间的使用过程中不受到氧化、水解和腐蚀等因素的影响，提高耐久性和稳定性。

二、聚合物太阳能电池的性能研究和传统有机太阳能电池不同，聚合物太阳能电池在材料的选择和制备上有了更多的选择余地，具有更好的光电转化效率和机械柔性等优点。

关于聚合物太阳能电池的性能研究，下面列出几个方面：1. 光伏特性光伏特性（如展开电压、展开电流、填充系数、转换效率等）是聚合物太阳能电池性能的重要指标之一。

研究表明，在同样的太阳光照强度下，不同材料的电流密度不同，而这与材料的能带结构有关。

聚合物材料在光伏电池中的应用研究

聚合物材料在光伏电池中的应用研究随着能源危机和环境问题的日益突出，可再生能源逐渐成为人们关注的焦点。

太阳能光伏电池作为可再生能源的重要组成部分，具有广阔的应用前景。

然而，传统的硅基光伏电池存在成本高、重量大和制造过程复杂等问题。

为了克服这些限制，研究人员开始关注聚合物材料在光伏电池中的应用。

聚合物材料是由多个相同或不同的单体分子通过化学键连接而成的高分子化合物。

与传统的无机材料相比，聚合物材料具有许多优势，如轻量、柔性、可加工性强、低成本等。

这些优势使得聚合物材料成为光伏电池领域的热点研究对象。

在聚合物材料中，共轭聚合物是最常见的材料之一。

共轭聚合物通过共轭结构形成了扩展的π电子共轭体系，使得它们能够有效地吸收光能，并转化为电能。

此外，共轭聚合物还具有调节光电性能的能力，通过改变材料结构和化学修饰，可以调控吸收光谱范围和能带结构。

这种可调控性为光伏电池的效率提升提供了新的途径。

聚合物材料在光伏电池中的应用主要包括有机太阳能电池（organic solar cells，OSC）和染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells，DSSCs）。

有机太阳能电池是利用有机半导体材料将光能转化为电能的一种光伏装置。

聚合物半导体材料作为这类太阳能电池的关键元件，负责光吸收、电荷传输和光电转换等功能。

聚合物材料的光电特性以及纳米结构的控制对有机太阳能电池的性能有着重要影响。

近年来，采用不同的共轭聚合物材料和非富勒烯电子受体，有机太阳能电池的转换效率不断刷新纪录，并逐渐接近商业化应用的水平。

然而，提高有机太阳能电池的长期稳定性和制造过程的可扩展性仍然是一个挑战。

染料敏化太阳能电池是利用染料吸收光子产生电荷，然后通过电解质传递电荷，最终转化为电能的光伏装置。

传统的染料敏化太阳能电池使用钛酸盐作为电子受体，但具有昂贵和稳定性差的缺点。

聚合物材料作为新型电子受体，具有低成本、可调控性强的优势，被广泛应用于染料敏化太阳能电池的研究中。

聚合物太阳能电池材料的研究进展

(1Hubei Key Laboratory of Low Dimensional Optoelectronic Materials and Devices, Hubei University of Arts and Science, Xiangyang 441053, Hubei Province, P. R. China; 2State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, Xiʹan Jiao Tong University, Xiʹan 710049, P. R. China; 3Key Laboratory of Green Processing and Functional Textiles of New Textile Materials, Ministry of Education, Wuhan Textile University, Wuhan 430073, P. R. China)
武汉纺织大学新型纺织材料绿色加工及其功能化教育部重点实验室, 武汉 430073)
ˉ w=200, 400, 1000, 2000), 合成具有可生物降采用柠檬酸(CA)交联聚乙二醇(oligo-PEG, 平均分子量M
解性能的聚柠檬酸-乙二醇(PCE)交联聚酯, 并以此为基体材料制备得到准固态的三维交联型 PCE/LiI/I2 聚合物电解质. 采用红外吸收光谱(IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、扫描电镜(SEM)和 Raman 光谱分别对 PCE 基体的分子结构、聚合物电解质的微观形貌以及导电离子对的存在形式进行表征; 通过线性扫描伏安法(LSV)研究了聚合物电解质的离子扩散系数、电导率以及电池的输出电流-电压(I-V)性能. 结果表明, PEG 的分子量影响 PCE 基体膜的微观形貌及其吸液性能, 从而影响聚合物电解质的离子导电性能及电池的光电性能: 随着 PEG 分子 ˉ w从 200, 400, 1000 增大到 2000, PCE 基体膜的结构变得疏松, 吸液率增加, 吸液溶胀后的基体中 I量M 3 的跃迁活化能降低, 导致电解质的电导率和电池的短路光电流密度随之增加; 在 60 mW · cm-2 的入射光强下, 四种电解质对应电池的光电转化效率依次为 3.26%、 3.34%、 4.26%和 4.89%.

基于宽带隙聚合物太阳能电池的研究进展

第49卷第9期2021年5月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol. 49 No. 9May. 2021基于宽带隙聚合物太阳能电池的研究进展庄程东郭鹏智2(1兰州交通大学材料科学与工程学院，甘肃兰州730070；2兰州交通大学国家绿色镀膜技术与装备工程技术研究中心，甘肃兰州730070)摘要：有机太阳能电池因为制备过程简单、重量轻、成本低廉和可制成柔性器件等优点受到了广泛的关注。

近年来，随着窄带隙小分子受体材料的快速发展，与之光谱匹配的宽带隙给体聚合物太阳能电池表现出较高的PCE 。

研究人员通过苯并二廛吩(BDT)、苯并二嗟吩-4,8-二酮(BDD)、蔡并双三醴和苯并三®(BTA)等构建块，设计合成了一系列高效的宽带隙给体聚合物。

在此对宽带隙聚合物非富勒烯太阳能电池的研究进展进行综述。

关键词：给体聚合物；有机太阳能电池；宽带隙；研究进展中图分类号：0631.3文献标志码：A 文章编号： 1001-9677 (2021) 09-0021-07Research Progress on Wide Bandgap Polymers for Polymer Solar Cells **基金项目：国家自然科学基金(No. 51903112)。

第一作者：庄程东，男，硕士，研究方向：有机太阳能电池材料的合成与研究。

通讯作者：郭鹏智，男，博士，研究方向：有机太阳能电池材料的设计、合成与器件研究。

ZHUANG Cheng-dong 1, GUO Peng-zhi'(1 School of Materials Scienceand Engineering , Lanzhou Jiaotong University , Gansu Lanzhou 730070 ；2 National Green Coating Technology and Equipment Research Center , Lanzhou Jiaotong University ,Gansu Lanzhou 730070, China)Abstract : Organic solar cells have attracted much attention because of their excellent advantages of easy fabrication ,light-weight , low-cost and flexibility. In recent years , with the rapid development of narrow-band gap small molecularacceptor materials , the wide band gap donor polymer solar cells with spectrum matching show higher PCE. A series ofhigh efficient wide band gap donor polymers were designed and synthesized by using benzodithiophene ( BDT ), benzodithiophene -4,8 - dione ( BDD) , naphthalene bistriazole ( TZNT ) and benztriazole ( BTA ) as building blocks. Theresearch progress onnon fullerene organic solar cells with wide gap donor polymers was reviewed.Key words ： donorpolymers ； organic solar cell ； wide band gap ； progress有机太阳能电池因为其成本低、重量轻、柔性、可大面积印刷制备等优点成为研究热点。

聚合物太阳能电池光敏层材料及形貌的研究进展

摘要
聚合物太阳能电池由于质量轻、成本低、柔韧性好及制备工艺简便等优点而具有巨大的潜在应用价值，
是太阳能电池发展的新方向。但是聚合物太阳能电池的能量转换效率较低，不到商业化应用的要求，何提高电达如池效率仍是目前研究的重点。聚合物材料和光敏层的形貌是影响太阳能电池性能的两大要素，机理方面分析了限从
Ａｓｒｃｂｔｔａ
Ｐｌｒｂｌｅｅｏｕｃｉｎｓｌｅｓｈｖｒａｐｔｎｉｒｐａｔａａｐｉｔｎｗｎｏｔｅｏｙｕｈｔｒｊｎｔｏａｃｌａｅｇｅｔｏｅｔｌｏｒｃｃｌｐｌａｉｓｏｉｇｔｈｉｍｅｋｏｒｌａｆｉｃｏｒ
聚合物太阳能电池光敏层材料及形貌的研究进展／朱小波等
・４・５
聚合物太阳能电池光敏层材料及形貌的研究进展
朱小波李冬梅王颖。娜王毅霏，，，，田，马晓燕
（北工业大学理学院应用化学系，安７０２）西西１１９
ＺＵａｂＩＤｏｇｅ，ＷＡＮＧｎ。ＨＸｉｏｏ，ＬｎｍｉＹｉｇ，ＴＩＡＮＮａ，ＷＡＮＧｆｉ，ＭＡａｙｎＹｉｅＸｉｏａ
（ｐｒｍｅｔｏｐｉｄＣｈｍｉｔｙ，ＳｈｏｆＳｉｎｅＤｅａｔｎｆＡｐｌｅｓｒｅｃｏｌｃｅｃ，Ｎｏｔｗｅｔｒｏｙｅｈｉａｉｅｓｔ，Ｘｉａ１１９ｏｒｈｓｅｎＰｌｔｃｎｃｌＵｎｖｒｉｙ ’ｎ７０２）

聚合物太阳能电池材料的研究进展_张超智

［］机光伏技术提供了坚实的基础。据此，１９９３年科学家发明了第一个平面异质结有机太阳能电池９。
平面异质结概念也有一定的局限性：给受体界面的接触面积比较小，并且要求载流子寿命较长以确形成连续保电子和空穴能够达到各自的电极。研究人员将给受体共混体系作为有机光伏器件的活性层，
，之比，最终表示为四种效率的乘积形式：其中Ａ表示光子吸ＥＱＥ（＝ × × × λ） λ） λ） λ） λ）Ａ（ＥＤ（ＣＳ（ＣＣ（ η η η η 收，与受体ＥＤ表示激子扩散，ＣＳ表示电荷分离，ＣＣ表示电荷收集。光电压或者称开路电压（Ｖｏｃ）该能级差是电荷分离的主要驱动力。图２中对比了太ＬＵＭＯ能级和给体的ＨＯＭＯ能级之差密切相关，。短路电流（带隙为１则是电池响应度与阳光谱和典型聚合物太阳能电池的外量子效率光谱（．９ｅＶ）Ｉｓｃ）入射太阳光辐射照度乘积的积分。因此，吸收更宽的太阳光谱与扩大给体的ＬＵＭＯ能级与受体的高效能的聚合物太阳能电池ＨＯＭＯ能级之差分别可提高器件的短路电流和开路电压。材料不断革新，也不断涌现。形貌是体异质结太阳能电池另一重要参数。图３展示出体异质结的优势形貌，即互穿网络
太阳能电池的新领域。经过一系列优化后，基于聚对苯乙炔聚合物太阳能电池的光电转换效率被提高到
［８，１９］。然而，由于相对较低的空穴迁移率和较窄的光吸收范围，使得该聚合物太阳能电池的３．０％以上１［２０］（进一步改善空间比较有限。２可溶性聚噻吩特别是聚（成为聚合物太阳１世纪初，３Ｐ３ＨＴ）－己基噻吩）