煤炭作为储量丰富的碳资源在能源行业中占据重要地位,但传统的煤炭利用方式存在环境污染和效率低等问题。煤及其衍生物富含丰富的稠环芳烃,可通过物理、化学等手段转化为高附加值的低维(零维、一维和二维)碳材料,这有利于推动新能源的...煤炭作为储量丰富的碳资源在能源行业中占据重要地位,但传统的煤炭利用方式存在环境污染和效率低等问题。煤及其衍生物富含丰富的稠环芳烃,可通过物理、化学等手段转化为高附加值的低维(零维、一维和二维)碳材料,这有利于推动新能源的发展以及实现煤炭资源的清洁利用。笔者首先阐述了我国能源与环境现状,以及煤炭资源在“双碳”时代清洁利用的迫切需求;重点介绍了煤基低维碳材料(碳量子点、碳纳米管、石墨烯、碳纳米片等)的结构特点、制备方法、改性策略以及新能源应用和市场前景;阐述了各种煤基低维碳材料制备方法的优缺点、创新性以及适用条件;深入探讨了这些低维碳材料在有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OSC)各组分中的各种应用,并详细总结了其作为OSC电极、添加剂以及电荷传输层的应用优势和作用机理;分析了其在提高OSC能量转化效率、降低制造成本、提高稳定性以及推动可持续发展等方面的重要作用;对比了低维碳材料与其他低维材料在OSC中的应用优势和性能指标。最后,分析并总结了煤基低维碳材料在制备和新能源应用研究过程中存在问题及重点研发方向。随着高值碳材料制备技术的不断发展,生产成本的降低,以及规模化生产,煤基低维碳材料有望在新能源领域展现出更广阔的应用前景。展开更多
有机光伏器件(organic photovoltaics,OPVs)相比较于晶硅电池,具有彩色轻柔、半透明和低成本大面积制造等优点而被广泛关注。氧化锌(ZnO)由于在电子输运、环境友好和低温溶液加工等方面的优势而成为OPVs电子传输层(electron transport l...有机光伏器件(organic photovoltaics,OPVs)相比较于晶硅电池,具有彩色轻柔、半透明和低成本大面积制造等优点而被广泛关注。氧化锌(ZnO)由于在电子输运、环境友好和低温溶液加工等方面的优势而成为OPVs电子传输层(electron transport layer,ETL)的关键材料之一。但是,ZnO纳米颗粒通常有大量的表面缺陷而影响其载流子传输性,其电学性能有待进一步提升。因此,通过混合溶液法利用不同浓度硼酸与氧化锌溶液直接混合涂覆成膜,调节与优化两者混合比例,研究硼掺杂ZnO作为ETL(B-ZnO)对OPVs光电性能的影响。当掺杂比例为8%时,B-ZnO基OPVs在一个标准太阳光下的最高能量转换效率达到了8.76%,相比于ZnO基器件(8.10%)提升了8.2%。这归因于硼酸的掺杂使ZnO ETL获得了更好的表面形貌和更优的电学性质,减少了界面缺陷态密度和增加了器件的内建电势,从而进一步提高了OPVs性能。该研究为便捷的ZnO元素掺杂在高效OPVs中的应用提供了新的思路和方法。展开更多
文摘煤炭作为储量丰富的碳资源在能源行业中占据重要地位,但传统的煤炭利用方式存在环境污染和效率低等问题。煤及其衍生物富含丰富的稠环芳烃,可通过物理、化学等手段转化为高附加值的低维(零维、一维和二维)碳材料,这有利于推动新能源的发展以及实现煤炭资源的清洁利用。笔者首先阐述了我国能源与环境现状,以及煤炭资源在“双碳”时代清洁利用的迫切需求;重点介绍了煤基低维碳材料(碳量子点、碳纳米管、石墨烯、碳纳米片等)的结构特点、制备方法、改性策略以及新能源应用和市场前景;阐述了各种煤基低维碳材料制备方法的优缺点、创新性以及适用条件;深入探讨了这些低维碳材料在有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OSC)各组分中的各种应用,并详细总结了其作为OSC电极、添加剂以及电荷传输层的应用优势和作用机理;分析了其在提高OSC能量转化效率、降低制造成本、提高稳定性以及推动可持续发展等方面的重要作用;对比了低维碳材料与其他低维材料在OSC中的应用优势和性能指标。最后,分析并总结了煤基低维碳材料在制备和新能源应用研究过程中存在问题及重点研发方向。随着高值碳材料制备技术的不断发展,生产成本的降低,以及规模化生产,煤基低维碳材料有望在新能源领域展现出更广阔的应用前景。
文摘有机光伏器件(organic photovoltaics,OPVs)相比较于晶硅电池,具有彩色轻柔、半透明和低成本大面积制造等优点而被广泛关注。氧化锌(ZnO)由于在电子输运、环境友好和低温溶液加工等方面的优势而成为OPVs电子传输层(electron transport layer,ETL)的关键材料之一。但是,ZnO纳米颗粒通常有大量的表面缺陷而影响其载流子传输性,其电学性能有待进一步提升。因此,通过混合溶液法利用不同浓度硼酸与氧化锌溶液直接混合涂覆成膜,调节与优化两者混合比例,研究硼掺杂ZnO作为ETL(B-ZnO)对OPVs光电性能的影响。当掺杂比例为8%时,B-ZnO基OPVs在一个标准太阳光下的最高能量转换效率达到了8.76%,相比于ZnO基器件(8.10%)提升了8.2%。这归因于硼酸的掺杂使ZnO ETL获得了更好的表面形貌和更优的电学性质,减少了界面缺陷态密度和增加了器件的内建电势,从而进一步提高了OPVs性能。该研究为便捷的ZnO元素掺杂在高效OPVs中的应用提供了新的思路和方法。
