钙钛矿太阳能电池缺陷钝化技术的研究进展

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有极低制造成本和高功率转换效率的特点,发展前景广阔.薄膜缺陷长期制约钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性的发展,本文综述了近年行业对各功能薄膜缺陷的深化认识及其钝化技术的最新研究进展.     

钙钛矿太阳能电池中电子传输层现状研究

有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池(简称钙钛矿太阳能电池)的最高光电转换效率已经达到25.5%,是最有希望取代硅基太阳能电池并实现广泛应用的太阳能电池之一。作为钙钛矿太阳能电池的基本组成部分,电子传输层对电池的性能起着至关重要的作用。本文阐述了钙钛矿太阳能电池中电子传输层的种类、尺寸以及界面修饰等对器件性能的影响,为继续提升钙钛矿太阳能电池性能提供参考。     

基于P3HT空穴传输层的钙钛矿太阳能电池性能仿真研究

利用AMPS-1D软件对钙钛矿太阳能电池性能进行仿真.研究发现,当P3HT厚度500 nm时,钙钛矿太阳能电池的短路电流密度Jsc=18.995 mA/cm2,光电转换效率Ef=17.425;,填充因数FF=0.824,开路电压Voc=1.113 V.钙钛矿太阳能电池的光吸收层厚度为400 nm时,钙钛矿太阳能的光电转化效率最大.钙钛矿太阳能电池开路电压、短路电流密度、填充因数和光电转化效率等性能随着阴极材料功函数的增大而减.通过理论计算对制备高性能的太阳能电池具有指导性作用.     

水杨酸的添加对全无机锡铅混合钙钛矿太阳能电池的影响

全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注,但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅,但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解,性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜,并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn²⁺氧化为Sn⁴⁺,达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL^-1增加至6 mg·mL^-1,器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现,当添加量为4 mg·mL^-1时,薄膜相稳定性最好,与不添加水杨酸的器件相比,其短路电流密度(J_sc)从14.7 mA·cm^-2显著提高至15.1 mA·cm^-2,光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外,最优器件在空气环境中存放5 d后,初始光电转换效率仍可保持原有效率的50％,进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。     

碳电极钙钛矿太阳能电池光吸收层厚度对光伏性能的影响研究

本文使用两步法,通过控制PbI₂(DMSO)溶液的浓度制备了不同厚度的有机-无机杂化钙钛矿(MAPbI₃)光吸收层薄膜,并组装了大面积基于碳电极且无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池。对不同厚度MAPbI₃光吸收层薄膜的晶相、光吸收性质、表面形貌、元素组成进行分析,并进一步测试了基于MAPbI₃薄膜制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能。结果表明,MAPbI₃光吸收层薄膜厚度与PbI₂(DMSO)浓度呈正相关关系,浓度为1.3 mol/L的PbI₂溶液制备的MAPbI₃薄膜厚度约为350 nm,具有较好的结晶度和光吸收强度,且薄膜表面致密平整,无明显缺陷,基于350 nm MAPbI₃光吸收层的钙钛矿太阳能电池获得了8.48%的光电转换效率。     

钙钛矿单晶的合成研究进展

钙钛矿材料优异的光电性能使钙钛矿太阳能电池成为目前发展速度最快的光伏技术之一。近期的研究发现无晶界的单晶钙钛矿薄膜拥有更低的缺陷密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命,并且还有较高的稳定性和更宽的光吸收范围,因此有望制备出更高效且更稳定的钙钛矿太阳能电池。本文简要介绍了单晶钙钛矿太阳电池的基本结构及其发展历程,着重介绍了有关单晶钙钛矿薄膜和块状单晶钙钛矿的制备方法,并且对不同方法制备的单晶钙钛矿太阳能电池的效率进行了比较,最后对单晶钙钛矿太阳能电池当前存在的问题以及未来发展进行了简要分析和展望。     

GZO/Al复合背电极对非晶硅太阳能电池的影响

随着能源紧缺与环境污染问题的日益严重,太阳能的开发利用越来越受到重视,其中非晶硅薄膜太阳能电池由于其制备工艺简单、价格低廉等优点被广泛地研究.为了使非晶硅薄膜太阳能电池得到更好地利用,提高其转换效率和稳定性显得尤为重要.引入复合背电极是提高非晶硅太阳能电池性能的有效手段,其中对GZO/Al复合背电极的研究还未见报道.在该工作中,利用磁控溅射法在非晶硅电池上制备了GZO/Al复合背电极,研究了复合背电极的制备条件及其对非晶硅太阳能电池性能的影响.结果显示,当GZO层的溅射功率为90 W、Al层的溅射功率为90 W时,具有复合背电极的太阳能电池表现出较好的光电转换性能,其短路电流(ISC)、开路电压(VOC)、填充因子(FF)和电池的光电转换效率(η)分别为8.92 mA、1.55 V、54.48;和7.53;.相较于单层Al背电极的太阳能电池,其光电转换效率大幅提高了47.6;(相对效率).     

NiCoSe4薄膜制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

作为染料敏化太阳能电池的关键构成部分,对电极一直是研究的重点,尤其是硒化物对电极。本文采用恒电位沉积-溶剂热-硒化过程制备出钴镍基硒化物薄膜,并直接作为染料敏化太阳能电池的对电极。物相、形貌以及表面元素价态等分析表明,在氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃上可直接获得NiCoSe₄薄膜,该薄膜是一种由纳米颗粒构成的片状多孔结构。电化学测试结果表明,NiCoSe₄薄膜在基于I^-/I^-₃氧化还原电对的电解液中具有良好的电催化活性,由其构成的电池器件也展现出了良好的光伏性能,且光电转换效率达到了7.84%,高于铂基电池器件效率的6.95%。     

不同热处理氛围改善CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜形貌和结晶

有机-无机金属卤素钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏技术已经吸引到众多关注.近期研究表明,不管是在介空结构还是平面异质结结构的钙钛矿电池中,每次钙钛矿效率的重大突破都归因于钙钛矿薄膜质量的提高.钙钛矿太阳能电池与其他多晶薄膜太阳能电池相似,增加晶粒尺寸和减少晶界可以极大的增加器件效率.在本文中,钙钛矿薄膜形貌和结晶度在最优化的热处理过程可以得到极大的改善和提高.我们制备的高性能平面异质结钙结构钙钛矿太阳能电池,获得了17.81;的最高效率和17.44; ±0.5;的平均效率.     

基于溶剂工程制备高效率钙钛矿太阳能电池

溶剂对钙钛矿(CH3 NH3 PbI3)太阳能电池的制备非常重要,基于目前常用的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)两种溶剂,通过一步旋涂技术制备钙钛矿薄膜,在不同溶剂的比例下制备出来的钙钛矿薄膜质量、结晶性、吸光性能,以及最终的器件转化效率都存在着较大的差异.本文通过调节溶剂的比例,研究其对钙钛矿的薄膜的形貌、结晶性、成膜质量等方面的影响.通过优化DMF和DMSO的比例,得到当DMSO:DMF的比例为7:3时,制备出的钙钛矿薄膜质量最高,用该薄膜制备的钙钛矿太阳能电池器件效率高达19.13;,并结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外吸收光谱(UV-vis)、稳态荧光光谱(PL)等表征手段,具体分析了合适的溶剂比例提升钙钛矿太阳能电池器件效率.     

少铅/无铅钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池作为一种新型的低廉高效的光伏材料在近年来备受关注。铅基钙钛矿太阳能电池有光电转换效率高、成本低、易制备等优点,然而由于铅的毒性以及由此带来的环境污染问题在很大程度上限制了其进一步商业化应用。因此人们开发出一系列新型无毒或低毒钙钛矿材料用于制备环境友好的少铅/无铅钙钛矿太阳能电池。本文简明扼要地介绍了钙钛矿材料的结构和形成条件,着重回顾了Sn基钙钛矿太阳能电池的发展历程,对ⅣA族元素Ge,ⅡA族元素Mg、Ca、Sr和Ba,ⅤA族元素Bi和Sb,ⅢA族元素In以及过渡金属元素Cu等取代或部分取代Pb,以及通过调节卤素X与正离子A的组成及配比来调控少铅或无铅钙钛矿材料性能进行了总结,对少铅/无铅钙钛矿太阳能电池器件研究进展进行了综述,并对其未来的发展方向进行了展望。     

钙钛矿太阳能电池的制备工艺与光伏性能研究

设计和制备结构为FTO玻璃/TiO2致密层/TiO2介孔层/CH3NH3PbI3吸收层/C电极的钙钛矿太阳能电池.采用两步法制备CH3NH3PbI3吸收层:首先通过旋涂技术制备PbI2薄膜,然后将PbI2薄膜在浓度为0.044 mol/L的甲基碘化胺/异丙醇(MAI/IPA)溶液中分别浸泡反应0.5 h、2.5 h、3.5 h和4.0 h后获得CH3NH3PbI3吸收层.研究了浸泡反应时间对CH3NH3PbI3吸收层的结构和形貌以及对电池光伏性能的影响.结果表明:PbI2薄膜在MAI/IPA溶液中反应后形成四方结构的CH3NH3PbI3晶粒,当浸泡反应3.5 h时,CH3NH3PbI3晶粒的平均尺寸最大,均匀性较好;XRD图谱中只有CH3NH3PbI3的特征峰,而PbI2的特征峰完全消失.同时,该条件下制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能最佳,其开路电压0.881 V、短路电流密度达到22.17 mA/cm2,光电转化效率6.79;,且在整个可见光区的光子-电子的转换效率接近50;.     

柔性钙钛矿太阳能电池的研究进展

柔性钙钛矿太阳能电池因质轻、价廉的优点,有望实现大规模卷对卷应用生产和制成可穿戴移动式电源的目标,因而在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池研究领域占据着重要地位.目前该类电池的最高光电转换效率已超过16;.本文综述了近年以不同柔性基底材料制备的钙钛矿电池的研究进展,详细阐述了不同条件制备的电池各功能层及基底柔韧性对电池性能的影响,并探讨了未来柔性电池产业化面临的关键性问题,最后展望了柔性钙钛矿电池的发展趋势.     

退火温度对混合阳离子钙钛矿太阳能电池性能的影响

通过不断降低钙钛矿的带隙,拓宽光活性层的光吸收范围是提高钙钛矿太阳能电池光电转换效率的一个有效途径.本文通过在三碘亚铅酸甲脒(HC(NH2)2PbI3简称FAPbI3)前驱液中混入一定比例的碘化甲铵(CH3NH3I简称MAI)并将其退火温度从150 ℃降低到100 ℃,不仅能有效改善钙钛矿薄膜的表面形貌和结晶度,还能得到比三碘亚铅酸甲铵(CH3NH3PbI3简称MAPbI3)更窄带隙的薄膜,由此得到效率达14.8;钙钛矿太阳能电池器件.     

电势诱导衰退和湿热衰退P-PERC太阳能电池的修复与增效

针对P型钝化发射极背面接触(PERC)太阳能电池在服役期间受到电势衰退和湿热诱导衰退影响而引起光电转换效率降低的问题,本文通过光电注入和热退火工艺对已衰退电池进行修复并研究其增效机制。实验结果表明:在光照强度为3倍标准太阳光、电注入电流为10 A、退火温度为150 ℃、工艺50 min实验条件下,对180片已衰退电池进行修复实验,其中94.32%的已衰退电池的光电转换效率得到修复,实验后电池光电转换效率平均提升8.96%。光致发光光谱和量子效率分析表明,光电注入和热退火工艺可有效减少电池因电势诱导衰退和湿热衰退形成的内部缺陷和背表面缺陷,提升衰退电池片的光电转换效率。     

染料敏化太阳能电池载流子传输的数值模拟

由于在染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell, DSSC)中存在染料弛豫、半导体薄膜中电子与氧化态染料分子发生反应和电子在电解质中与氧化态离子复合等不利反应,利用一个更完善的DSSC载流子传输模型对电池的光电性能进行模拟就显得非常重要。为此,本文基于由多重俘获理论建立的DSSC中的包括电子、染料阳离子、碘化物和三碘化物在内的载流子传输模型,数值模拟得到了不同TiO₂薄膜厚度、不同入射光强度与不同染料分子吸收系数下DSSC的J-V曲线。结果表明,随着TiO₂薄膜厚度的增加,太阳能电池的短路电流密度增大,开路电压减小,光电转换效率先增大后减小。当DSSC的TiO₂薄膜厚度为20 μm时,光电转换效率达到最大值7.41%,同时光电转换效率随入射光强度与染料分子吸收系数的增大均有一定程度提高,其中在吸收系数为4 500 cm^-1时,光电转换效率为6.73%。以上结果可以为改进DSSC的光电性能提供理论指导。