利用PNA添加剂来调控钙钛矿薄膜结晶和覆盖率实现高效太阳能电池（英文）

钙钛矿薄膜形貌的控制是一个提高太阳能电池能量转换效率的关键问题,而引入添加剂是解决这一问题的一种有效而简便的方法。利用聚丙烯腈(PNA)作为CH_3NH_3PbI_3前驱体溶液溶剂添加剂,通过其浓度可以调控钙钛矿薄膜结晶和表面的覆盖率。本文通过SEM、XRD以及UV-Vis研究了PNA掺杂CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜后的表面形貌、结晶度和光学性能的变化。结果表明,通过添加少量的PNA可以优化钙钛矿薄膜的性能,其强烈影响薄膜的结晶过程,有助于形成均匀连续的薄膜,减少针孔,从而增强了钙钛矿层的覆盖率和光吸收。当PNA的含量为1%(质量分数)时,钙钛矿太阳能电池的各项性能最佳,能量转换效率达到了8.38%。与未加PNA的电池效率(1.31%)相比,提高了540%。这些结果表明,PNA可以有效调控钙钛矿薄膜的晶体生长和薄膜形貌,在钙钛矿太阳能电池的大规模生产过程中是一种可以改善钙钛矿薄膜质量的有效添加剂。     

CH3NH3I在制备CH3NH3PbI(3-x)Clx钙钛矿太阳能电池中的作用

利用具有钙钛矿结构的有机-无机杂化卤化物制备的太阳能电池, 由于具有溶液可加工性和高光电转换效率, 受到了广泛关注. 在目前报道的最高光电转换效率的器件中, 采用了CH₃NH₃PbI_(3-x)Cl_x碘氯混合钙钛矿作为吸光层, 据报道在这种材料中光电子的扩散长度可以超过1 μm. 本文综述了在CH₃NH₃PbI_(3-x)Cl_x方面现有的研究工作, 指出了薄膜制备条件的重要性, 并研究了CH₃NH₃I在PbCl₂/CH₃NH₃I热解法制备CH₃NH₃PbI_(3-x)Cl_x吸光层中的作用. 扫描电子显微镜研究表明CH₃NH₃I加入量为PbCl₂的2倍到2.75倍时, CH₃NH₃I加入量的增加可以提高CH₃NH₃PbI_(3-x)Cl_x吸光层的覆盖度和结晶度, CH₃NH₃I加入量进一步增加到3倍时, 形貌变化不大. X射线光电子能谱的数据证实了CH₃NH₃I加入量对覆盖度的影响, 并显示在CH₃NH₃I加入量大于PbCl₂的2.5倍以后, CH₃NH₃PbI_(3-x)Cl_x中氯的掺入量急剧下降. 光电测试表明器件性能随CH₃NH₃I加入量增加而增加, 在CH₃NH₃I/PbCl₂为3/1时达到最高, 加入量略小于3/1对性能影响不大.     

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.     

利用PVP添加剂提高钙钛矿太阳能电池光伏性能（英文）

研究了聚乙烯吡络烷酮(PVP)作为添加剂对CH3NH3Pb I3钙钛矿基太阳能电池光电性能的影响。通过SEM、XRD和UV-Vis等手段,研究了不同浓度PVP掺杂CH3NH3Pb I3钙钛矿前驱体对薄膜的表面形貌、结晶度和光学性能的影响。结果表明,少量的PVP添加可以调控钙钛矿薄膜的质量,添加了PVP的钙钛矿薄膜的吸收性能明显得到提高,且吸收峰红移了20 nm;同时,不仅增加了CH3NH3Pb I3的结晶度,而且还明显提高了钙钛矿薄膜的覆盖率,减少了钙钛矿薄膜中的针孔结构。在CH3NH3Pb I3前驱体溶液中添加质量分数为1%的PVP,得到的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率达到8.38%。与未加PVP的标准电池器件效率(1.30%)相比,效率提高了544%。这些结果表明,通过添加剂来调控一步法CH3NH3Pb I3的晶体生长和薄膜形貌来获取高性能的钙钛矿太阳能电池是很有前途的。     

利用PVP添加剂提高钙钛矿太阳能电池光伏性能

研究了聚乙烯吡络烷酮(PVP)作为添加剂对CH3NH3PbI3钙钛矿基太阳能电池光电性能的影响.通过SEM、XRD和UV-Vis等手段,研究了不同浓度PVP掺杂CH3NH3PbI3钙钛矿前驱体对薄膜的表面形貌、结晶度和光学性能的影响.结果表明,少量的PVP添加可以调控钙钛矿薄膜的质量,添加了PVP的钙钛矿薄膜的吸收性能明显得到提高,且吸收峰红移了20 nm;同时,不仅增加了CH3 NH3 PbI3的结晶度,而且还明显提高了钙钛矿薄膜的覆盖率,减少了钙钛矿薄膜中的针孔结构.在CH3 NH3 PbI3前驱体溶液中添加质量分数为1％的PVP,得到的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率达到8.38％.与未加PVP的标准电池器件效率(1.30％)相比,效率提高了544％.这些结果表明,通过添加剂来调控一步法CH3 NH3 PbI3的晶体生长和薄膜形貌来获取高性能的钙钛矿太阳能电池是很有前途的.     

利用吡啶添加剂提高钙钛矿太阳能电池的光伏性能

研究了吡啶作为添加剂对一步法制备甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池光电性能的影响.利用SEM、AFM、XRD、UV-Vis、PL等手段研究了不同吡啶掺杂浓度对制备的CH3 NH3 PbI3薄膜的表面形貌、结晶度和光学性能的影响.研究结果表明:少量的吡啶掺杂可以提高钙钛矿薄膜的覆盖率及降低薄膜的表面粗糙度.当在CH3 NH3 PbI3前驱体溶液中添加体积分数为1%的吡啶时,制备的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率达到7.33%,而未加吡啶的对比器件效率仅为1.01%.进一步添加吡啶会导致钙钛矿材料的降解.     

质子辐照CH3NH3PbI3基钙钛矿太阳能电池的损伤效应

针对钙钛矿太阳能电池(PSCs)的空间应用,研究了动能为0.1—20.0 MeV的质子在CH₃NH₃PbI₃(简称MAPbI₃)薄膜及其太阳能电池中引起的损伤效应.结果表明, PSCs具有良好质子辐照稳定性,当0.1 MeV(2.0 MeV)质子的注量超过1×10¹³ p/cm² (1×10¹⁴ p/cm²)时,才会引起电池光电性能的降低. PSCs载流子传输层的辐照退化可能是造成电池性能降低的主要原因. MAPbI₃中的有机成分MAI会在质子辐照作用下发生分解,分解产生的气态产物(NH₃和CH₃I)将最终导致PSCs表面金电极的剥落.对于具有更大离子射程的10 MeV和20 MeV质子,入射质子会在PSCs的玻璃基底中产生色心缺陷,造成玻璃对可见光透射率的降低.色心缺陷可以在室温或100℃条件下发生热退火,降低玻璃的透射损失.     

利用吡啶添加剂提高钙钛矿太阳能电池的光伏性能(英)

研究了吡啶作为添加剂对一步法制备甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池光电性能的影响。利用SEM、AFM、XRD、UV-Vis、PL等手段研究了不同吡啶掺杂浓度对制备的CH_3NH_3Pb I_3薄膜的表面形貌、结晶度和光学性能的影响。研究结果表明:少量的吡啶掺杂可以提高钙钛矿薄膜的覆盖率及降低薄膜的表面粗糙度。当在CH_3NH_3Pb I_3前驱体溶液中添加体积分数为1%的吡啶时,制备的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率达到7.33%,而未加吡啶的对比器件效率仅为1.01%。进一步添加吡啶会导致钙钛矿材料的降解。     

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.     

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.     

在电子传输层中添加PVK提高钙钛矿太阳能电池的性能

为了探究PVK对倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池电子传输层的影响,向电子传输层PCBM中添加了一种富电子的聚乙烯基咔唑(PVK).采用原子力显微镜、PL光谱对薄膜进行了表征.实验结果表明:少量PVK的添加提高了覆盖在钙钛矿薄膜上PCBM层的平整度.当PVK的添加质量分数为4%时得到最佳器件效率,相比于纯PCBM作为电子传输层的器件,器件效率由(5.11±0.14)% 提升到(9.08±0.46)%.当PVK的添加质量分数大于4%时,粗糙度又趋于变大.PL光谱显示,少量PVK的加入使钙钛矿/电子传输层薄膜的PL强度降低,并使PL峰蓝移.研究表明:向PCBM中掺杂适量PVK能够改善钙钛矿/电子传输层/Al的界面接触,减少漏电流,并能够减少钙钛矿表面陷阱和晶界缺陷,减少电荷复合,从而提高了器件性能.     

Terahertz Vibrational Modes in CH3NH3PbI3 and CsPbI3 Perovskite Films

JETP Letters - Films of CH3NH3PbI3 organometallic perovskite, which is currently considered as a promising basic material for new-generation solar cells, as well as films containing CsPbI3...     

Specific Features of Photoluminescence of CH3NH3PBI3 Perovskites Synthesized on Nanostructured TiO2 Surface

Optics and Spectroscopy - The influence of nanostructured titania surface on the photoluminescence of organometallic perovskite CH3NH3PbI3 films is studied. It is found that the CH3NH3PbI3...     

光浴对CH_3NH_3PbI_3薄膜光致发光量子效率的影响

研究了CH_3NH_3PbI_3薄膜在光浴条件下的光致发光量子效率演化行为。在光浴过程中,CH_3NH_3PbI_3薄膜的光致发光量子效率表现为先增大再减小的变化趋势。发光动力学测量实验表明,在光浴过程中,CH_3NH_3PbI_3薄膜的载流子复合寿命与光致发光量子效率具有相同的变化趋势,即先增大再减小。根据实验结果可以推断,光浴引发CH_3NH_3PbI_3薄膜发生两种物理过程,分别使其光致发光量子效率升高和降低。两种过程共同决定了CH_3NH_3PbI_3薄膜在光浴条件下的光致发光量子效率演化行为。     

Low-temperature-processed ZnO thin films as electron transporting layer to achieve stable perovskite solar cells

Morphology and surface property of ZnO thin films as electron transporting layer in perovskite solar cells are crucial for obtaining high-efficient and stable perovskite solar cells. In this work, two different preparation methods of ZnO thin films were carried out and the photovoltaic performances of the subsequent perovskite solar cells were investigated. ZnO thin film prepared by sol–gel method was homogenous but provided high series resistance in solar cells, leading to low short circuit current density. Lower series resistance of solar cell was obtained from homogeneous ZnO thin film from spin-coating of colloidal ZnO nanoparticles (synthesized by hydrolysis–condensation) in a mixture of 1-butanol, chloroform and methanol. The perovskite solar cells using this film achieved the highest power conversion efficiency (PCE) of 4.79% when poly(3-hexylthiophene) was used as a hole transporting layer. In addition, the stability of perovskite solar cells was also examined by measuring the photovoltaic characteristic for six consecutive weeks with the interval of 2 weeks. It was found that using double layers of the sol–gel ZnO and ZnO nanoparticles provided better stability with no degradation of PCE in 10 weeks. Therefore, this work provides a simple method for preparing homogeneous ZnO thin films in order to achieve stable perovskite solar cells, also for controlling their surface properties which help better understand the characteristics of perovskite solar cells.     

A silazane additive for CsPbI2Br perovskite solar cells

Adding additives into peroskite precursor solution has been proven as a simple and efficient strategy to improve the quality of peroskite films. In this work, we demonstrate an effective additive strategy to improve the quality of all-inorganic perovskite films by adding a novel silazane additive heptamethyldisilazane (HDMS). The power conversion efficiency (PCE) of the optimized devices is enhanced from 14.55% to 15.31% with an open-circuit voltage over 1.26 V due to the higher quality perovskite films with lower trap density after the incorporation of HDMS. More interestingly, the HDMS devices exhibit superior humidity and thermal stability compared with the control ones. This work provides a simple and efficient strategy to enhance the device performance and stability of all-inorganic perovskite solar cells, which could facilitate its commercialization.     

高效平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的质量管理

基于有机-无机杂化钙钛矿材料的太阳电池具有能量转换效率高和制备工艺简单等优点,引起了学术界的高度关注.其中平面异质结结构太阳电池具有结构简单,可与其他类型电池相兼容以构筑叠层电池设计,以及可低温制备等诸多优点,成为当前的一个重要研究方向.然而,电池性能的优劣与钙钛矿薄膜质量的高低有着直接的联系.本文对钙钛矿材料的特性、一步溶液法制备薄膜的成核-生长机理、电池结构的演变等进行了概述,其中重点介绍了高质量钙钛矿薄膜溶液法制备过程的一些最新的质量控制方法;最后对钙钛矿太阳电池的发展及存在问题进行了总结和展望,为今后的研究提供参考.     

真空闪蒸法制备钙钛矿薄膜的光学性质研究

近年来,以有机无机杂化铅卤钙钛矿为吸光层的薄膜太阳能电池受到了广泛的关注,不到十年时间其光电转换效率已经从3.8%提高到了23%,这主要归因于有机铅卤钙钛矿材料光吸收系数高,带隙合适并易于调控,电子-空穴扩散长度长等优点。2016年Gr?tzelL等人利用低气压快速去除薄膜前驱体溶剂的方法,获得了高质量的甲脒和溴离子掺杂钙钛矿薄膜。相比于其他传统的溶液制备方法,这种方法能够很好的解决大面积均匀性的问题,为高效率、大面积钙钛矿太阳电池产业化提供了可能。钙钛矿薄膜的成份、结构及其光学性能对于太阳电池的器件性能起决定性作用,因此在该制备技术下,研究不同掺杂种类钙钛矿薄膜对光学性质的影响具有积极的意义。利用真空闪蒸溶液技术制备了3种成分的钙钛矿薄膜,利用扫描电镜、 X射线衍射,吸收光谱和荧光光谱等表征手段对薄膜的形貌、结构和光学性质进行了研究。结果表明,该技术可以用于制备均匀致密、无针孔的高质量甲脒、溴离子掺杂和氯离子掺杂的钙钛矿薄膜(成分分别为(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15,MA3PbI3和MAPb(IxCl1-x)3),薄膜中晶粒的尺寸分别为500, 100和200 nm左右;薄膜的形成过程为溶剂中的DMSO与钙钛矿配位,并在真空闪蒸过程中快速形成相对稳定中间相,经过加热后,薄膜中的DMSO被去除并形成钙钛矿晶体,结构为四方相;甲脒、溴离子和氯离子掺杂的薄膜对可见光有强烈的吸收作用,薄膜吸收边均在750 nm左右;薄膜的掺杂对带隙宽度没有明显影响, 3种成份的薄膜带隙宽度位于1.6 eV左右;甲基胺碘化铅的荧光发射峰在765 nm,甲脒和溴离子掺杂后发光峰位红移至774 nm,氯离子掺杂后薄膜峰位处于761 nm,有微弱的蓝移,且强度出现下降。这可能是晶粒尺寸和薄膜内部缺陷变化导致的。     

Electrical Properties of Organometallic Perovskite Films

Physics of the Solid State - The electrical properties of the films of organometallic perovskites CH3NH3PbBr3 and CH3NH3PbI3 were studied. Current–voltage characteristics for the CH3NH3PbBr3...