AG体育近日，中国科学院合肥物质科学研究院，固体物理研究所功能材料物理与器件研究部和本院等离子所等单位科研人员合作，在空穴型近红外透明导电薄膜研究方面取得新进展：他们设计并制备了新型空穴型铜铁矿薄膜，并通过参数优化让新型薄膜获得了较高的近红外波段透过率和较低的室温方块电阻。相关研究结果日前发表在《先进光学材料》杂志上。
透明导电薄膜是一类兼具光学透明和导电性的光电功能材料，在触摸屏、平板显示器、发光二极管及光伏电池等光电子器件领域有着广泛应用AG体育。目前，商用的透明导电薄膜均为电子型，空穴型透明导电薄膜由于空穴有效质量大、空穴迁移率低和空穴掺杂性差，其光电性能远落后于电子型透明导电薄膜，这严重阻碍了新型透明电子器件的发展。
研究人员通过理论计算发现，含有铑、氧等元素的铜铁矿结构材料是一种间接带隙半导体，其中的铜离子与氧离子的原子轨道可进行杂化，从而减弱价带顶附近载流子的局域化，实现空穴型高电导率；另一方面该材料在可见光及近红外波段表现出弱的光吸收行为，具有高透过率。
研究人员在前期金属型铜铁矿薄膜的研究基础上，采用非真空工艺进一步获得了大尺寸空穴型铜铁矿透明导电薄膜。该薄膜表现出主轴自组装织构的生长特征，有利于其内载流子的传输，提高空穴的迁移率。另外，由于三价铑离子的离子半径可实现空穴型载流子重掺杂，使得镁掺杂铜铁矿结构材料具有非常高的室温导电率、较高的近红外波段透过率以及低的室温方块电阻。这种高性能的空穴型透明导电薄膜的发现，为后续基于透明电子型及空穴型薄膜的高性能全透明异质结构的研发及应用提供了一种潜在的候选材料。
最近，荷兰和英国科学家借助一种纳米纹理结构，使薄膜硅光伏电池变得不透明并因此增强了其吸收太阳光的效率。实验结果表明，采用新方法设计出来的薄膜电池能吸收65%的阳光，是迄今薄硅膜表现出的最高光吸收率，接近约70%的理论吸收极限，有望催生柔性、轻质且高效的硅光伏电池。研究发表在《美国化学学会·光子学》杂志上。
硅太阳能电池效率高，且原材料为地球上储量丰富的硅，被认为是高效的光伏技术。但它们需要用到厚、硬、重的晶圆，因此用武之地有限。使用薄膜能将硅的使用量降低99%，并使电池更轻且坚固耐用，很容易地集成到城市建筑物甚至小型日常设备内。但薄硅膜只能吸收25%的太阳光。鉴于此，荷兰原子分子国立研究所（AMOLF）、英国萨里大学和帝国理工学院的研究人员对其进行了改进。
研究人员解释说，他们利用新方法设计出的纳米结构表面有一种超均匀分布图案，可将直射太阳光限定于一个角度范围内，从而将更多光捕获在硅膜内。被捕获的光越多，被吸收的几率也越大。研究显示，超均匀分布图案能更好地限定太阳光的入射角度，使更多太阳光被吸收。
太阳光包含多种颜色，而硅膜的尺寸有限，且硅对每种颜色光的吸收能力不一样。研究发现，表面镀有金字塔形状且图案尺寸与光的波长类似的厚硅太阳能电池能解决这一问题。最新研究负责人、AMOLF的埃丝特·阿拉肯·拉多说：“我们估计1微米厚的碳—硅电池的光电转化效率可达到20%以上，这是柔性轻质碳—硅光伏电池的重大突破。研究还发现，高效薄硅电池可由低品质的硅制成，如此可降低净化原硅的能源需求，并缩短能源回收时间。”研究人员指出，尽管这种高效薄膜电池距离应用还有一段距离，但超均匀图案薄膜光伏电池极具潜力。
常州大学了解到，该校材料科学与工程学院朱卫国教授团队与香港理工大学李刚教授团队联合，成功研发出新型供体-受体（D-A）交替型齐聚物材料。“我们利用该材料，实现了三元有机太阳能电池的高效能量转换，器件的能量转换效率高达17.54%。该效率是目前非卤溶剂加工有机太阳能电池的最高性能之一。”朱卫国说。
设计较低最高占领分子轨道（HOMO）能级的给体材料或较高最低未占领分子轨道（LUMO）能级的受体材料，是当今提高三元有机太阳能电池开路电压和能量转换效率的常用方法。该团队运用逆向思维，首先设计合成了较高HOMO能级的新型齐聚物给体材料，并通过应用在三元有机太阳能电池中，重点研究了分子构架对器件光伏性能的影响。
经研究发现，该材料作为第三组分在三元有机太阳能电池中，不仅降低了电池的非辐射能量损耗，而且促进了光活性层激子解离，还抑制了受体材料的过度自聚集，有效改善活性层形貌，最终实现对器件开路电压、短路电流、填充因子光伏三参数的共同提升。
值得一提的，该研究成果创新发展了一类D-A交替型齐聚物给体材料，揭示了较高HOMO能级齐聚物对三元有机太阳能电池光伏性能的影响规律，实现了器件光伏性能三参数的全面协同提升；采用绿色非卤溶剂溶液加工，实现了齐聚物三元有机太阳能电池的高效能量转换，创造了齐聚物三元有机太阳能电池新的效率纪录。
除此，通过齐聚物构建策略，开发出第三组分比例高耐受性技术，即使齐聚物的添加比例高达50%时，器件的能量转换效率仍能达到16.15%。相关专家认为，该研究成果既为深入理解第三组分能级对三元有机太阳能电池的性能影响提供了新的见解，并将为发展有机太阳能电池提供了重要的理论依据和技术支撑。
薄膜太阳能电池，如今已经是太阳能光伏技术的几种主要选择之一，除了上面提到的新材料硅薄膜，以及更好的光电转化技术；在有机太阳能制造的时候，还面临一个最为基础的问题：镀膜。
目前所有的技术方法，都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中，喷中心镀膜液富集多，造成花斑；表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一，导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀；即使均匀性辊涂法，受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约，也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提高的情况下，其结果一方面造成组件的色差影响外观，另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应，影响组件的耐久性。
针对这一问题，在制备太阳能电池时，就需要使用真空镀膜手套箱：由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。
方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内，配套膜厚仪，分子泵，机械泵AG体育，4个蒸发源，合理的蒸发源布局，保证每个蒸发源到基片的距离完全一样，提高了成膜质量和均匀性；整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。可以广泛用于太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。
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