FOE虛擬專刊 | 太陽能電池研究新進展

能源危機和環境汙染是21世紀人類面臨的主要挑戰。開發高效、穩定、低生產成本的太陽能電池，是實現太陽能大規模利用與以化石燃料為主的電網發電 「價格均等」的有效途徑。本期虛擬專刊選取了Frontiers of Optoelectronics期刊2018-2019年發表的太陽能電池相關的文章，這些文章介紹了華中科技大學武漢光電國家研究中心和其他研究單位在鈣鈦礦太陽能電池、有機太陽能電池、染料敏化太陽能電池，以及它們的材料、器件結構、製作工藝、測試分析等方面的部分研究進展。希望這些研究工作能給從事太陽能電池相關研究的讀者們帶來一些有益的啟示。

非熱等離子體固氮生成硝酸鹽：可再生電力儲存的解決方案？

摘要：太陽能和風能技術的迅速發展產生了大量低質量的電能，這些電能需要更好的儲存或使用，而不是被電網丟棄。在這裡，我們建議用非熱等離子體氧化N2生成硝酸鹽或其他有價值的含氮化合物，來取代電化學CO2還原和/或NH3生成的方法。該方法使用空氣作為反應物，避免了溶解度的問題，同時，其能耗僅為0.2 MJ/mol，甚至低於工業上非常成功的用於NH3生產的Haber-Bosch工藝（0.48 MJ/mol）。我們主張，等離子體界和化學界的研究人員應共同努力，建立節能的非熱等離子體裝置，識別出健壯、高活性和低成本的催化劑，並理解等離子體環境中的催化機理。我們有信心在不久的將來實現零二氧化碳排放的硝酸鹽的生產。

[PERSPECTIVE] Non-thermal plasma fixing of nitrogen into nitrate: solution for renewable electricity storage?

Yi HE, Zhengwu CHEN, Zha LI, Guangda NIU, Jiang TANG

Front. Optoelectron., 2018, 11 (1): 92-96.

面向可印刷介觀鈣鈦礦太陽電池，用於製備高產量二氧化鈦薄膜的絲網印刷過程控制（封面文章）

摘要：絲網印刷技術已廣泛應用於傳統矽太陽電池和新興光伏電池的製造，如染料敏化太陽能電池（DSSCs）和鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）。特別是，我們開發了一種基於TiO2/ZrO2/碳三層支架的可印刷介觀PSC，支架的沉積完全基於絲網印刷工藝，為低成本光伏器件開闢了可期待的前景。然而用於製造高效可印刷PSC的TiO2層的最佳厚度遠小於絲網印刷薄膜的典型厚度。這裡，我們調整了TiO2薄膜的漿料濃度和印刷參數，並成功地印刷了厚度為500-550 nm的TiO2薄膜。我們研究了薄膜厚度與漿料固含量和粘度、印刷速度和壓力，以及溫度等印刷參數的關係。此外，還研究了TiO2薄膜邊緣具有更大厚度和印刷位置精度的邊緣效應。這項工作將極大助力於可印刷介觀PSCs的進一步發展。

[RESEARCH ARTICLE] Screen printing process control for coating high throughput titanium dioxide films toward printable mesoscopic perovskite solar cells

Zhining WAN, Mi XU, Zhengyang FU, Da LI, Anyi MEI, Yue HU, Yaoguang RONG, Hongwei HAN

Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(4): 344-351.

平板鈣鈦礦太陽能電池中雙胍摻雜電子傳輸層實現82%以上的高填充因子

摘要：在電子輸運材料中進行N摻雜是提高鈣鈦礦太陽電池（PSCs）電子收集能力和提高性能的有效途徑。本文首次採用1-(o-Tolyl) biguanide（oTb）對電子輸運材料phenyl-C61-butyric acid methyl ester（PCBM）進行了摻雜。在PCBM中摻雜oTb可以提高PCBM的導電率，降低PCBM的功函數。oTb摻雜能顯著提高鈣鈦礦太陽電池的填充因子（FF），其結構為玻璃/ITO/NiOx/mappi3/(oTb)PCBM/(PEIE)/Ag。對於沒有PEIE（聚乙基亞胺乙氧基化）塗層的電池，oTb摻雜使FF從0.57增加到0.73。在光照下，oTb摻雜後去除了電流密度-電壓（J-V）特性曲線的S形彎曲。對於 (oTb)PCBM和Ag之間有PEIE塗層的電池，oTb摻雜使得FF從0.70增加到0.82。這些結果表明，oTb作為一種n型摻雜劑在鈣鈦礦太陽電池中具有潛在的應用前景。

[RESEARCH ARTICLE] High fill factor over 82% enabled by a biguanide doping electron transporting layer in planar perovskite solar cells

Ru GE, Fei QIN, Lin HU, Sixing XIONG, Yinhua ZHOU.

Front. Optoelectron., 2018, 11 (4): 360-366.

用於染料敏化太陽能電池的ZnO/Nb2O5核/殼納米棒陣列光陽極

摘要：本文合成了ZnO/Nb2O5核/殼納米棒陣列，並將其用作染料敏化太陽能電池（DSSC）的光陽極。我們首先採用水熱法在氟摻雜氧化錫（FTO）玻璃上製備ZnO納米棒陣列，然後在NbCl5溶液中通過溶劑熱反應直接得到ZnO/Nb2O5核/殼納米棒陣列。掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）顯示ZnO納米棒被厚度為30-40 nm的Nb2O5殼層均勻包裹。光伏特性表徵結果表明，基於ZnO/Nb2O5核/殼納米棒光陽極的器件效率提高到1.995%，而基於裸ZnO納米棒光陽極的DSSC的效率僅為0.856%。這證明了包覆Nb2O5殼層可以改善ZnO納米棒的光伏性能。

[RESEARCH ARTICLE] ZnO/Nb2O5 core/shell nanorod array photoanode for dye-sensitized solar cells

Xiaoyan HU, Heng WANG.

Front. Optoelectron., 2018, 11 (3): 285-290.

醚鏈功能化富勒烯衍生物作為高效有機太陽能電池陰極界面材料

摘要：電子輸運層（ETL）在電子注入和抽群過程中起著至關重要的作用，可以實現電荷的平衡輸運，降低界面能壘。在疏水性有機活性層和親水性無機電極之間採用適當的緩衝層實現界面相容性和電接觸對電荷收集也是至關重要的。本文開發了一種醚鏈功能化富勒烯衍生物[6,6]-phenyl-C61-butyricacid-(3,5-bis(2-(2-ethoxyethoxy)-ethoxy)-phenyl)-methyl ester（C60-2EPM），用於改性倒置結構有機太陽能電池（OSC）中的氧化鋅（ZnO）。複合ZnO/C60-2EPM界面層有助於克服ZnO與有機活性層界面相容性差的問題。通過引入C60-2EPM層，複合富勒烯衍生物調整了能量排列，加速了電子輸運，從而提高了倒置結構OSC的光電流和功率轉換效率（PCE）。當濃度分別為2.0和4.0 mg/mL時，基於PTB7-Th:PC71BM的PCE從裸ZnO的8.11%提高到8.38%和8.65%。富勒烯衍生物C60-2EPM也作為第三組分加入P3HT:PC61BM混合物中形成三元體系，加入C60-2EPM的器件比對照器件顯示出更好的特性。

[RESEARCH ARTICLE] Ether chain functionalized fullerene derivatives as cathode interface materials for efficient organic solar cells

Jikang LIU, Junli LI, Guoli TU.

Front. Optoelectron., 2018, 11 (4): 348-359.

掃描電化學顯微鏡用於太陽能電池和光電化學水分解研究的最新進展

摘要：研究半導體/電解質界面電荷輸運的機理和動力學，對於提高光電轉換效率，開發新型高效光伏器件具有重要意義。掃描電化學顯微鏡（SECM）作為一種強大的分析技術，具有高時空解析度的潛在優勢。自1989年Bard研究組首次介紹SECM以來，它已經擴展到廣泛的研究領域，包括生物、酶、腐蝕、能量轉換和儲存（如太陽能電池、氫和電池）。本文綜述了SECM的基本原理和發展，重點介紹了SECM用於光電化學（PEC）單元研究的最新進展，包括太陽能電池和PEC水分解。這些進展包括光催化劑/光電極的快速篩選、界面反應動力學和反應中間產物的定量分析，這對性能評價、催化劑的選擇以及新型複合光陽極和高效器件的開發具有重要意義。最後簡要介紹了SECM在能源研究中的發展趨勢。

[REVIEW ARTICLE] Recent advances in solar cells and photo-electrochemical water splitting by scanning electrochemical microscopy

Xiaofan ZHANG, Man LIU, Weiqian KONG, Hongbo FAN.

Front. Optoelectron., 2018, 11 (4): 333-347.

期刊簡介

Frontiers of Optoelectronics (FOE)期刊是由教育部主管、高等教育出版社出版、德國施普林格（Springer）出版公司海外發行的Frontiers系列英文學術期刊之一，以網絡版和印刷版兩種形式出版。由北京大學龔旗煌院士、華中科技大學張新亮教授共同擔任主編。

其宗旨是介紹國際光電子領域最新研究成果和前沿進展，並致力成為本領域內研究人員與國內外同行進行快速學術交流的重要信息平臺。該刊的聯合主辦單位是高等教育出版社、華中科技大學和中國光學學會，承辦單位是武漢光電國家研究中心。FOE期刊已被Emerging Sources Citation Index (ESCI), Ei Compendex, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSA, Chinese Science Citation Database (CSCD), OCLC, SCImago, Summon by ProQuest等收錄。2019年入選中國科技期刊卓越行動計劃梯隊期刊項目。

（來源：科學網）

 

 

 

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