甲脒碘化铅单晶基钙钛矿太阳能电池的研究

近年来,CH(NH₂)₂PbI₃(FAPbI₃)由于其带隙接近理想值而受到了广泛关注,成为钙钛矿太阳能电池中最具吸引力的光电功能材料.然而由碘甲脒(FAI)和碘化铅(PbI₂)作为前驱体制备的传统钙钛矿层化学计量比不精准,缺陷密度大,稳定性差且结晶度较低,导致钙钛矿太阳能电池性能很难进一步提高.本文采用FAPbI₃单晶制备的钙钛矿薄膜具有高结晶度,高稳定性,精确的化学计量比和低缺陷密度.单晶钙钛矿薄膜的晶粒尺寸大,晶界少,导致晶界处缺陷较少,提高了钙钛矿太阳能电池的短路电流密度(J_SC)和开路电压(V_OC),使其光电转换效率有了大幅度的提高.本文为制备高稳定性、高结晶度和低缺陷密度的钙钛矿太阳能电池提供了一种有效策略.     

气相辅助刮刀涂布法制备钙钛矿薄膜

由于具有高效率以及可溶液法制备等优点,钙钛矿太阳能电池受到了广泛关注。溶液法制备钙钛矿薄膜通常使用旋涂法。然而,溶液旋涂法具有厚度不均匀、原料浪费严重等缺点,因而不适合制备大面积钙钛矿薄膜。目前,制备大面积均匀的钙钛矿太阳能电池仍是一项挑战。为此,本文使用一种新方法(气相辅助刮刀涂布法)来克服这一问题。该方法能够制备出大面积、高结晶度的均匀钙钛矿薄膜。此外,通过改变前驱液的浓度,能够得到不同厚度的钙钛矿薄膜。进一步研究发现,当前驱溶液浓度为1. 0 M时,可以制备出光伏性能最佳的钙钛矿太阳能电池。当电池活性面积分别为0. 112 5 cm~2和1. 0 cm~2时,在AM1. 5G(100 mW/cm~2)模拟太阳光下,其光电转化效率的最高值为17. 76%(平均效率16. 9%)和16. 3%。这为大面积钙钛矿太阳能电池的制备提供了新思路。     

采用PEABr添加剂获得高效且稳定的碳基CsPbBr3太阳能电池

全无机CsPbBr₃钙钛矿材料因其本征稳定性好、成本低廉从而在光伏领域展现出巨大的应用潜力,但目前CsPbBr₃太阳能电池的光电转换效率仍远低于其他体系的钙钛矿太阳能电池.本文以无空穴传输层结构的碳基CsPbBr₃全无机钙钛矿电池作为研究对象,以多步旋涂法为基础,通过在PbBr₂(DMF)溶液中添加2-苯乙胺溴盐(PEABr)来调控CsPbBr₃薄膜的结晶质量,降低薄膜缺陷态密度,钝化晶粒间界,并对其中的关键工艺参数包括CsBr的用量(旋涂次数)、旋涂PbBr₂薄膜时的衬底预热温度以及退火温度进行了优化.最终在大气环境下获得了兼具稳定和高效的无空穴传输层结构的碳基CsPbBr₃太阳能电池,器件的光电转换效率达到8.25%,并在无封装条件下保存1500 h仍可保持90%以上的效率,对于进一步拓展CsPbBr₃钙钛矿电池的优化设计思路具有重要意义.     

聚偏氟乙烯添加剂提高CsPbBr3钙钛矿太阳能电池性能

全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池因其优良的特性而受到广泛关注,但是钙钛矿层具有带隙宽、结晶性较差、表面缺陷较多和水分稳定性差等缺点,严重制约了全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池性能的提高和商业化发展.本文以无空穴传输层的碳基CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池作为控制组,在PbBr₂前躯液中引入具有丰富疏水F离子的聚偏氟乙烯(polyvinylideine fluoride,PVDF)作为添加剂,调节CsPbBr₃钙钛矿薄膜的生长过程,改善晶体结构和薄膜形态,降低缺陷密度及非辐射复合几率.结果表明,PVDF处理后钙钛矿器件的光伏性能得到了显著改善,光电转换效率提高至8.17%.并且在无封装条件下保存1400 h后,光电转换效率仍可保持90%以上.这表明适量添加PVDF可以有效提高CsPbBr₃薄膜质量及器件性能.本工作对进一步拓展CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池的优化设计思路具有重要意义.     

双配体策略制备大气环境下性能稳定的CsPbIBr2光电探测器

大气环境下溶液法制备的CsPbIBr₂钙钛矿薄膜存在薄膜覆盖率低、结晶度差和性能不稳定性等问题.为此,本文提出了一种双配体(卵磷脂(L-α-phosphatidylcholine,LP)和硫氰酸铵(NH₄SCN))策略,可在相对湿度不高于60%的大气环境下,利用喷涂法制备出高结晶质量、结构稳定的钙钛矿薄膜.这是由于卵磷脂能够有效降低钙钛矿前驱体溶液的表面张力,提高CsPbIBr₂钙钛矿薄膜的覆盖率,并在CsPbIBr₂钙钛矿薄膜表面形成一层隔绝水氧的保护层;但同时也会减小晶粒尺寸,形成大量的晶界,造成载流子传输不利.而NH₄SCN能够克服卵磷脂的不足,增大晶粒尺寸,提高钙钛矿材料的电学特性.这样,制备出的未封装CsPbIBr₂钙钛矿光电探测器(ITO/CsPbIBr₂/Au)具有低暗电流密度(2×10^-4mA·cm^-2)、微秒级别的响应时间(20,21μs)和长效稳定性(在相对湿度为40%—...     

碘化钾对两步法制备钙钛矿薄膜及其电池性能的影响

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池因具有光电转化效率高和制备成本低廉等优点而备受关注。钙钛矿薄膜中的缺陷是限制钙钛矿电池性能进一步提升的重要因素,而缺陷调控又依赖于薄膜制备方法的发展和进步。两步法是制备钙钛矿薄膜和电池的主要方法之一,但目前对在两步法前驱液中引入添加剂如何影响钙钛矿薄膜结晶过程和缺陷密度的认识不足。本工作致力于利用光谱、X射线衍射、扫描电镜和电学测试等技术手段研究在两步法的铅盐溶液中引入碘化钾(KI)对卤化铅溶液、钙钛矿转化、缺陷密度和电池性能的影响。实验结果表明,适量KI的引入有利于高碘配位数铅碘配合物的生成,促进卤化铅向钙钛矿相的室温转化,并有效降低钙钛矿薄膜中的缺陷密度,钙钛矿电池的光电转化效率从无KI时的17.49%提高到19.17%。本工作的研究结果不仅有助于加深对两步法制备钙钛矿过程中结晶规律的理解,而且有助于进一步推动钙钛矿薄膜质量和器件性能的提升。     

碘化钾对两步法制备钙钛矿薄膜及其电池性能的影响EI北大核心CSCD

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池因具有光电转化效率高和制备成本低廉等优点而备受关注。钙钛矿薄膜中的缺陷是限制钙钛矿电池性能进一步提升的重要因素,而缺陷调控又依赖于薄膜制备方法的发展和进步。两步法是制备钙钛矿薄膜和电池的主要方法之一,但目前对在两步法前驱液中引入添加剂如何影响钙钛矿薄膜结晶过程和缺陷密度的认识不足。本工作致力于利用光谱、X射线衍射、扫描电镜和电学测试等技术手段研究在两步法的铅盐溶液中引入碘化钾(KI)对卤化铅溶液、钙钛矿转化、缺陷密度和电池性能的影响。实验结果表明,适量KI的引入有利于高碘配位数铅碘配合物的生成,促进卤化铅向钙钛矿相的室温转化,并有效降低钙钛矿薄膜中的缺陷密度,钙钛矿电池的光电转化效率从无KI时的17.49%提高到19.17%。本工作的研究结果不仅有助于加深对两步法制备钙钛矿过程中结晶规律的理解,而且有助于进一步推动钙钛矿薄膜质量和器件性能的提升。     

界面修饰对有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池性能的影响

作为近些年来最耀眼的明星材料之一,钙钛矿以其优异独特的光电特性成功吸引研究人员的广泛关注.自2009年报道了第一篇光电转换效率为3.8%的钙钛矿电池,到现在短短10年期间效率已经突破25.2%,几乎可以与商用多晶硅电池媲美.尽管其制备过程简单,但在薄膜的形成过程中很容易引入大量的缺陷.缺陷的存在会加速载流子的复合,阻碍载流子传输通道,不利于制备高效率的钙钛矿太阳能电池;同时也会影响钙钛矿电池工作的长期稳定性,加速材料的降解,阻碍了钙钛矿太阳能电池进一步商业化发展.因此,理解缺陷的存在机制并有效地抑制缺陷产生,对制备高性能长寿命器件至关重要.而界面修饰作为一种有效的钝化缺陷方法之一,已经被广泛使用.本文讨论了不同结构电池器件的缺陷产生位置及对器件性能的影响.分别从载流子传输层钝化策略和钙钛矿界面修饰策略入手,分析了常用的传输层/钙钛矿界面钝化缺陷的机制,指出了钝化策略发展的巨大优势,并对合适的钝化材料进行分类,希望能够对高重复性、高光电转换效率、长期工作稳定的钙钛矿太阳能电池发展提供有益的指导.     

铯掺杂提升反梯度结构二维(CMA)2MA8Pb9I28钙钛矿薄膜及太阳电池的性能

相对于3D钙钛矿材料,二维(2D)有机-无机杂化钙钛矿材料具有更好的稳定性.然而由于载流子输运性差, 2D钙钛矿太阳电池效率较低.为了提高2D钙钛矿太阳电池的效率,制备了铯掺杂的具有反梯度结构的二维(CMA)₂MA₈Pb₉I₂₈薄膜.研究结果发现:CsI掺杂能够改善(CMA)₂MA₈Pb₉I₂₈薄膜的形貌、增加晶粒尺寸、降低缺陷态密度,并且提高了(CMA)₂MA₈Pb₉I₂₈钙钛矿薄膜的热稳定性.最后, CsI掺杂浓度为10%时制备(CMA)₂MA₈Pb₉I₂₈钙钛矿太阳电池效率最高,达到了14.67%,相对于未掺杂的电池效率(10.06%)提高了45.8%.     

基于协同钝化策略制备高性能柔性钙钛矿太阳能电池

柔性钙钛矿太阳能电池由于可弯曲、重量轻、高功质比等特点,受到广泛关注.提升柔性钙钛矿太阳能电池转换效率最有效的策略是钝化钙钛矿薄膜内部的晶界缺陷以及钝化钙钛矿薄膜与电荷传输层的界面缺陷.本文设计制备了以柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate, PET)为基材的柔性反式钙钛矿太阳能电池,采用了辛基氯化胺(octadecylamine hydrochloride, OACl)添加剂及表面钝化的协同钝化策略,提高了钙钛矿薄膜的结晶质量,改善了钙钛矿薄膜内部及界面处的缺陷,并最终得到了光电转换效率为20.80%的柔性反式钙钛矿太阳能电池.本文为制备高效柔性钙钛矿太阳能电池提供了一种有效策略.     

Growth behaviors and emission properties of Co-deposited MAPbI3 ultrathin films on MoS2

Hybrid organic-inorganic perovskite thin films have attracted much attention in optoelectronic and information fields because of their intriguing properties. Due to quantum confinement effects, ultrathin films in nm scale usually show special properties. Here, we report on the growth of methylammonium lead iodide (MAPbI₃) ultrathin films via co-deposition of PbI₂ and CH₃NH₃I (MAI) on chemical-vapor-deposition-grown monolayer MoS₂ as well as the corresponding photoluminescence (PL) properties at different growing stages. Atomic force microscopy and scanning electron microscopy measurements reveal the MoS₂ tuned growth of MAPbI₃ in a Stranski-Krastanov mode. PL and Kelvin probe force microscopy results confirm that MAPbI₃/MoS₂ heterostructures have a type-II energy level alignment at the interface. Temperaturedependent PL measurements on layered MAPbI₃ (at the initial stage) and on MAPbI₃ crystals in averaged size of 500 nm (at the later stage) show rather different temperature dependence as well as the phase transitions from tetragonal to orthorhombic at 120 and 150 K, respectively. Our findings are useful in fabricating MAPbI₃/transition-metal dichalcogenide based innovative devices for wider optoelectronic applications.     

Enhancing the photo-luminescence stability of CH3NH3PbI3 film with ionic liquids

The methylammonium lead triiodide (CH₃NH₃PbI₃)-based perovskite shows a great alluring prospect in areas of solar cells, lasers, photodetectors, and light emitting diodes owing to their excellent optical and electrical advantages. However, it is very sensitive to the surrounding oxygen and moisture, which limits its development seriously. It is urgent to spare no effort to enhance its optical and electrical stability for further application. In this paper, we synthesize the MAPbI₃ perovskite film on the glass substrate with/without the ionic liquid (IL) of 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF₄) by a simple two-step sequential solution method. The additive of BMIMBF₄ can improve the quality of crystal structure. Moreover, the photo-luminescence (PL) intensity of MAPbI₃ film with BMIMBF₄ is much stronger than the pure MAPbI₃ film after a week in the air, which is almost ten-fold of the pure one. Meanwhile, under the illumination of 405-nm continuous wave (CW) laser, the fluorescent duration of the MAPbI₃ film with BMIMBF₄ is approximately 2.75 min, while the pure MAPbI₃ film is only about 6 s. In fact, ionic liquid of BMIMBF₄ in the perovskite film plays a role of passivation, which prevents the dissolution of MAPbI₃ into CH₃NH₃ and PbI₂ and thus enhances the stability of environment. In addition, the ionic liquid of BMIMBF₄ possesses high ionic conductivity, which accelerates the electron transport, so it is beneficial for the perovskite film in the areas of solar cells, photodetectors, and lasers. This interesting experiment provides a promising way to develop the perovskite's further application.     

高效无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池的制备与性能研究

碳基钙钛矿太阳能电池因稳定性高、成本低廉而备受关注,但由于钙钛矿与碳电极之间能级匹配度不高,界面阻力大而导致效率不及金属基钙钛矿太阳能电池.本文制备了碳基无空穴传输层FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CH₃NH₃PbI₃/Carbon电池结构.通过对介孔二氧化钛层、钙钛矿层厚度进行优化,并对钙钛矿的薄膜形貌及钙钛矿激发电子寿命、可见光吸收度、载流子的提取与分离等进行深度分析,讨论了电池效率提升的内在机理.当介孔氧化钛层和钙钛矿层达到最优厚度时,钙钛矿太阳能电池获得了开路电压（V_oc）为0.93 V、电流密度（J_sc）为21.75 mA/cm²、填充因子为55%、光电转化效率达到11.11%.同时对电池进行了稳定性研究,在室温湿度为40%–50%的条件下放置15 d电池性能依旧稳定保持原来的95%,优于金属基钙钛矿太阳能电池,从而为碳电极钙钛矿太阳能电池的商业化发展提供了可能.     

MgO(111)衬底MgB2 超薄膜的制备和性质研究

利用混合物理化学气相沉积法(HPCVD)在MgO(111)衬底上制备了干净的MgB₂超导超薄膜. 在背景气体压强, 载气氢气流量以及沉积时间一定的情况下, 改变B₂H₆的流量, 制备得到不同厚度系列的MgB₂超导薄膜样品, 并测量了其超导转变温度 T_c, 临界电流密度J_c等临界参量. 该系列超导薄膜沿c轴外延生长, 表面具有良好的连接性, 且有很高的超导转变温度T_c(0) ≈ 35-38 K和很小的剩余电阻率ρ(42 K) ≈ 1.8-20.3 μΩ·cm^-1. 随着膜厚的减小而减小, 临界温度变低, 而剩余电阻率变大. 其中20 nm的样品在零磁场, 5K时的临界电流密度J_c ≈ 2.3×10⁷ A/cm². 表明了利用HPCVD在MgO(111)衬底上制备的MgB₂超薄膜有很好的性能, 预示了其在超导电子器件中广阔的应用前景. 关键词： MgO(111)衬底 2超薄膜')" href="#">MgB₂超薄膜 混合物理化学气相沉积     

溶剂对钙钛矿薄膜形貌和结晶性的影响研究

溶剂对钙钛矿太阳能电池器件有着至关重要的影响. 基于目前常用的N, N-二甲基甲酰胺(DMF)和丁内酯(GBL)溶剂, 一步溶液旋涂技术和介孔电池结构, 制备的钙钛矿薄膜的形貌、结晶性, 以及最终的器件光电转化效率存在较大的差异, 利用DMF作为溶剂, 效率仅为2.8%, 而基于GBL的电池效率可以达到10.1%. 结合SEM, HRTEM, XRD和UV等表征手段, 分析了钙钛矿从DMF溶液和GBL溶液中结晶析出的不同机理, 明确了溶剂跟PbI₂的配位作用对钙钛矿的溶解、析出过程的制约作用, 揭示了造成器件效率差异的本质原因.     

高效钙钛矿-有机本体异质结杂化串联太阳能电池

制备了一种有机铅卤钙钛矿-有机本体异质结杂化串联太阳能电池。采用紫外可见吸收光谱、原子力显微镜对薄膜形貌进行了表征。结果表明:有机本体异质结层可以有效改善钙钛矿的表面形貌, 增强了可见光的吸收。优化后的串联结构电池的短路电流可达19.14mA/cm², 开路电压为0.76V, 光电转换效率达到了6.54%。钙钛矿电池和有机本体异质结电池串联结构可以同时提高短路电流及填充因子, 二者具有较好的相容性和协同作用。     

新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种二元单相化合物, 原料储量大、毒性低、价格便宜; 同时其禁带宽度合适(～1.15 eV), 吸光系数大(>10⁵ cm^-1), 长晶温度低, 非常适合制作新型低成本低毒的薄膜太阳能电池, 理论光电转换效率可达30%以上. 目前文献报道的Sb₂Se₃薄膜太阳能电池效率已达3.7%, 初步证明了Sb₂Se₃材料在薄膜太阳能电池应用方面的巨大潜力. 本文综述了近年来Sb₂Se₃太阳能电池的研究进展, 着重介绍了Sb₂Se₃的材料特性和薄膜制备及相关理论研究, 阐述了不同结构电池器件的研究进展, 并对其发展趋势进行了展望.     

单靶溅射制备铜锌锡硫薄膜及原位退火研究

采用衬底加热溅射铜锌锡硫(CZTS)四元化合物单靶制备CZTS薄膜,并研究原位退火对制备薄膜的影响.结果表明:在溅射结束后快速升温并保持一段时间,所得到的样品相比于未原位退火的CZTS薄膜结晶质量更好,且表面更平整致密;原位退火后的CZTS薄膜太阳电池性能参数也相应地有所提升,其开路电压(V_(OC))为575 mV,短路电流密度(J_(SC))为8.32 mA/cm~2,光电转换效率达到1.82%.     

SIMS STUDY OF OXYGEN SPIRAL DIFFUSION C-TEXTURED Yba2Cu3O7-δ/SrTiO3 EPITAXIAL THIN FILM

Secondary ion mass spectroscopy was used to study the chemical diffusivity of 0¹⁸ in c-textured YBa₂Cu₃O_7-δ/SrTiO₃ epitaxial thin film. By fitting experimental data to the one- dimensional diffusion curve, the apparent diffusivity along the c-axis was obtained to be equal to l.02×10¹⁴cm²/sec when the temperature was 350℃. A computer analysis method was put forward to calculate the "spiral diffusion" process, and the diffusivity anisotopy of films with different mosaic size obtained. For a film of 7000×7000?² mosaic size, Dab was found to be ～3.55×10^-5xexp((-1.03 ev)/kT) cm²/sec. The calculated results reveal that the variation of the results of Dc is not the result of diffusivity anisotropy but of the difference in mosaic size.     

Device simulation of quasi-two-dimensional perovskite/silicon tandem solar cells towards 30%-efficiency

Perovskite/silicon (Si) tandem solar cells have been recognized as the next-generation photovoltaic technology with efficiency over 30% and low cost. However, the intrinsic instability of traditional three-dimensional (3D) hybrid perovskite seriously hinders the lifetimes of tandem devices. In this work, the quasi-two-dimensional (2D) (BA)₂(MA)_n-1Pb_nI_3n+1 (n=1, 2, 3, 4, 5) (where MA denotes methylammonium and BA represents butylammonium), with senior stability and wider bandgap, are first used as an absorber of semitransparent top perovskite solar cells (PSCs) to construct a four-terminal (4T) tandem devices with a bottom Si-heterojunction cell. The device model is established by Silvaco Atlas based on experimental parameters. Simulation results show that in the optimized tandem device, the top cell (n=4) obtains a power conversion efficiency (PCE) of 17.39% and the Si bottom cell shows a PCE of 11.44%, thus an overall PCE of 28.83%. Furthermore, by introducing a 90-nm lithium fluoride (LiF) anti-reflection layer to reduce the surface reflection loss, the current density (J_sc) of the top cell is enhanced from 15.56 mA/cm² to 17.09 mA/cm², the corresponding PCE reaches 19.05%, and the tandem PCE increases to 30.58%. Simultaneously, in the cases of n=3, 4, and 5, all the tandem PCEs exceed the limiting theoretical efficiency of Si cells. Therefore, the 4T quasi-2D perovskite/Si devices provide a more cost-effective tandem strategy and long-term stability solutions.