可充式锂-二氧化碳电池为捕获CO2和能量存储提供了一种新方法。尽管该技术从发展之初至今取得了很大进步, 但它们在实际应用中还面临着许多限制和挑战。其中, 在充放电机理方面的研究, 虽然取得了显著的成就, 但仍存在一些争议。目前, 大部分的锂-二氧化碳电池研究在提高电池性能方面, 主要针对的是阴极催化剂的制备, 例如, 碳基催化剂、贵金属基催化剂、过渡金属基催化剂、可溶性催化剂等。上述催化剂虽显著提高了电池性能, 但少有同时满足价格低廉、制备方法简单和催化性能优异等优点的催化剂, 这也是限制锂-二氧化碳电池走向实际应用的因素之一。由于锂-二氧化碳电池属于半开放式系统, 液态电解液存在泄露、蒸发和锂枝晶等问题, 导致电池的安全性和性能的降低。采用准固态电解质可有效解决上述问题, 并为柔性可穿戴锂-二氧化碳电池的实现提供了可能。本文归纳了锂-二氧化碳电池关键材料的研究进展, 分别对锂-二氧化碳电池的充放电机理、阴极催化剂、准固态电解质和阳极锂保护四部分进行了介绍, 对其发展的现状和面临的挑战以及未来发展的趋势作出了归纳和总结。为开发高效可逆的锂-二氧化碳电池提供参考。

采用共溅射法结合后硒化成功制备出CZTSSe薄膜, 主要研究了不同的硒化温度对CZTSSe薄膜与电池性能的影响。分别采用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、霍尔效应测量仪及数字电源表对不同硒化温度下制备的CZTSSe薄膜的结构、形貌、光电与太阳电池性能进行了表征与分析。结果表明, 当硒化温度为580 ℃时, CZTSSe薄膜的结晶性最好, 薄膜表面均匀致密且其电阻率和载流子浓度达到最小值和最大值, 分别为1.57 Ω·cm和8.2×1017 cm-3, 该硒化温度下制备得到的CZTSSe太阳电池的短路电流和转换效率最高达到30.68 mA/cm2和5.17％。相对于550 ℃和600 ℃硒化温度下的CZTSSe太阳电池, 其光电转换效率分别提高了36％和6％。另外, 随着硒化温度的升高, CZTSSe薄膜在XRD中的(112)峰位和Raman中的A1模式振动峰位都向小衍射角和短波数方向移动, 薄膜的禁带宽度也从1.26 eV减小至1.21 eV。

为了研究分析界面电荷等特性对器件的影响，制备了基于P3HT给体的单/双受体平面异质结(PHJ)有机太阳能电池(OPV)。首先研究了P3HT膜厚、P3HT溶剂和P3HT膜层的干燥时间对器件性能的影响。为了提高P3HT/SubPc PHJ电池的性能，采用双受体的三元器件结构(P3HT/SubNc/SubPc)，制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT/SubNc/SubPc/BCP/Al的三元瀑布型OPV器件并研究了SubNc层厚度对其性能的影响。结果表明，在二元器件(P3HT/SubPc)体系中，P3HT溶于氯仿和1,2-二氯苯混合溶剂，成膜后干燥10 min退火获得的器件性能最佳。在三元器件中，随着SubNc厚度的增大，器件光电转换效率(PCE)先增大后减小。当SubNc厚度为5 nm时，器件PCE达到最大。相比于二元器件，三元器件的各项性能得到明显提升。最后，比较研究了不同厚度SubNc薄膜对器件介电特性的影响。