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%。     

SiW12、CsPbI3协同提高TiO2纳米管光电转换效率的研究

为克服TiO₂纳米管在光电转换时电子-空穴复合率高和吸收光谱范围窄的缺陷,利用多酸H₄SiW₁₂O₄₀(SiW₁₂)和CsPbI₃量子点对其协同修饰,采用电沉积法将SiW₁₂沉积在TiO₂纳米管上,制备了SiW₁₂/TiO₂纳米管复合薄膜;使用高温热注射法合成出CsPbI₃量子点,再通过化学浴沉积法沉积CsPbI₃量子点到复合薄膜上,得到SiW₁₂/CsPbI₃/TiO₂纳米管复合薄膜,探究SiW₁₂沉积时间、CsPbI₃沉积次数对TiO₂纳米管光电性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪、红外分光光度计(FT-IR)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对薄膜进行表征,使用电化学工作站测试薄膜的光电化学性能。结果表明:TiO₂纳米管沉积多酸SiW₁₂和CsPbI₃量子点后,光吸收范围扩大、电荷转移电阻降低,光电转换效率得到显著提升,最高达到0.52%。说明SiW₁₂和CsPbI₃的协同作用很好地抑制了TiO₂纳米管电子-空穴的复合,并拓宽了吸收光谱范围,提高了TiO₂纳米管的光电转换效率。     

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。     

化学水浴沉积法制备硫化镉薄膜的微结构和性能

采用化学水浴沉积法在不同氨水用量下制备了Cu(In,Ga)Se₂太阳能电池的缓冲层CdS薄膜,根据化学平衡动力学计算出混合溶液中反应粒子的初始浓度、pH值和离子积,利用台阶仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、量子效率测试仪(EQE)和IV测试仪对制备样品的薄膜厚度、表面形貌、晶体结构、量子效率和光电转换效率进行了表征和分析。结果表明:提高氨水用量可以抑制同质反应,促进异质反应,使CdS薄膜晶体结构从立方相向六方相转变,晶粒形状从柳絮状向颗粒状转变,晶粒尺寸逐渐增大,粒径分布更加均匀,薄膜表面更加平整,制备电池的EQE、V_oc、J_sc、FF、R_s等电学参数得到优化,光电转换效率从7.64%提高到13.60%。     

染料敏化太阳能电池的电子传输和复合特性研究

采用丝网印刷方法在透明导电玻璃上制备了不同厚度的TiO2纳米颗粒多孔薄膜光阳极,并与Pt对电极和I-/I3-电解液组装成染料敏化太阳能电池.通过电池的I-V特性、强度调制光电流谱、强度调制光电压谱和电化学阻抗谱分析,获得了电池的光伏性能和反映电子传输、复合和收集的动力学参数.结果表明:随着TiO2光阳极厚度从5μm逐渐增加到14 μm,电池的光电转换效率从4.67;逐渐增加到8.21;,光生电子在光阳极中的传输时间从2.74 ms逐渐增加到7.84 ms,电子扩散系数从3.88×10-5 cm2·s-1增加到1.10×10-4cm2 ·s-1,电荷收集效率逐渐减小,结合这些参数,分析了染料敏化电池中电子传输、复合和收集的动力学过程.     

钝化剂乙酰水杨酸对钙钛矿太阳能电池性能影响的研究

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电性能和低廉的制备成本,成为目前光伏领域内的研究热点。然而,钙钛矿薄膜表面和晶界处存在大量缺陷,这易于导致载流子非辐射复合,并进而影响太阳能电池的光电转换效率。本工作通过在两步法制备钙钛矿的铅盐前驱液中引入钝化剂乙酰水杨酸(acetylsalicylic acid, ASA),利用吸收/光致发光光谱、扫描电镜和电学测试等技术手段研究了ASA分子对钙钛矿薄膜质量与器件性能的影响。结果表明:适量的ASA分子可以通过路易斯酸碱相互作用增大钙钛矿晶粒尺寸,并有效降低钙钛矿薄膜的缺陷密度;当ASA的浓度为2.5 mmol/L时,所制得的钙钛矿电池取得了19.83%的最高光电转换效率,明显高于对照器件的转换效率(17.47%)。本工作首次报道了ASA对钙钛矿薄膜缺陷的良好钝化效果,并为提高钙钛矿太阳能电池性能提供了一种简单有效的制备方法。     

TiO2包覆SnO2光阳极的制备及其对DSSC性能的影响

以TiCl4溶液浸泡处理的花状SnO2晶体薄膜为光阳极,经N3染料浸渍,与Pt对电极,I-/lf电解质组装成染料敏化太阳能电池(DSSC).通过XRD对花状SnO2粉体物相进行分析;利用SEM对花状SnO2粉体及SnO2-TiO2薄膜表面形貌进行分析;电池的光电性能通过伏安特性曲线(J-V)进行分析.结果表明:花状SnO2-DSSC有利于提高电池的光电性能,光电转换效率较球状SnO2-DSSC提高近38;.经TiCl4处理的SnO2-TiO2-DSSC的短路电流(Jse)和开路电压(Voc)分别达到7.20 mA·cm-2和0.63V,电池的光电转换效率达到3.24;,与纯花状SnO2-DSSC相比提高了近4倍.     

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。     

ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚复合膜的制备及其光电性能

采用恒温水浴法在FTO导电玻璃上制备出了ZnO纳米棒阵列,然后对其进行二次生长后得到了ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚复合膜,最后它们分别与Pt形成对电极并与电解质溶液组装成染料敏化太阳能电池(DSSC)。结果表明:当在模拟太阳光照射(AM 1.5,100 mW/cm2)下时,ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚复合膜太阳能电池的短路电流密度Jsc为11.7 mA/cm2,开路电压Voc为0.661 V,填充因子FF为0.384,光电转换效率为3.17%,均明显的高于ZnO纳米棒阵列太阳能电池和ZnO纳米颗粒团聚球太阳能电池。其主要原因是由于ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚复合膜染料敏化太阳能电池在具有较高的光生电子传输效率的同时,增加了比表面积和提高了光子的收集效率。     

基于氯化铯背接触处理优化硒化锑薄膜太阳电池性能

本文使用气相输运沉积的方式制备了硒化锑(Sb₂Se₃)薄膜太阳电池，并采用氯化铯(CsCl₂)溶液对器件上界面进行处理，同时对薄膜和器件进行了一系列表征。研究发现，CsCl₂溶液的背接触处理不仅可以提高器件的载流子收集以及降低上界面复合，还可以优化薄膜的结晶性、表面粗糙度和光电性能。基于FTO/CdS/Sb₂Se₃/CsCl₂/Au的器件结构，得到了转换效率为6.32%的高效Sb₂Se₃薄膜太阳电池，比基础器件效率提升了12%。本文的工作对Sb₂Se₃薄膜太阳电池未来的研究有一定的指导作用，其他同类型半导体光伏器件也可借鉴。     

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。     

铅基卤化物钙钛矿太阳电池的模拟研究

多元硫化物Cd_0.5Zn_0.5S和氧化亚铜Cu₂O载流子迁移率较大,且其制作工艺相对于传统的电子传输层和空穴传输层更为简单,因此这两种材料在钙钛矿太阳电池中具有很好的应用潜力。本文利用SCAPS-1D软件对以Cu₂O和Cd_0.5Zn_0.5S为传输层、以铅基卤化物钙钛矿为吸收层的太阳电池进行模拟,主要研究了该器件的材料厚度、掺杂浓度、禁带宽度等因素对太阳电池性能的影响。结果表明:当光吸收层(CH₃NH₃PbI₃)厚度开始增大时电池性能逐渐提高,但是增大到一定厚度时,电池性能下降,光吸收层的最佳厚度为400 nm;当光吸收层的缺陷态密度小于1.0×10¹⁴ cm^-3时,缺陷态密度对电池性能的影响比较小;此外,铅基卤化物钙钛矿的禁带宽度对电池性能有重要影响,最佳禁带宽度为1.5 eV左右。通过模拟,得到了优化后的性能参数为:开路电压为1.010 V,短路电流密度为31.30 mA/cm²,填充因子为80.01%,电池转换效率为25.20%。因此,Cu₂O/CH₃ NH₃PbI₃/Cd_0.5Zn_0.5S钙钛矿太阳电池是一种很有发展潜力的光伏器件。     

GeSe基薄膜太阳电池模拟研究

硫化亚锗(GeSe)具有合适的禁带宽度、高的吸收系数和高的载流子迁移率等优异的光电特性,且组分简单、低毒和储量丰富,特别适合作为光伏吸收材料。本文基于新型太阳电池吸收层材料GeSe构筑了结构为金属栅线/AZO/i-ZnO/CdS/GeSe/Mo/玻璃的薄膜太阳电池,分别模拟分析了缓冲层和吸收层的厚度、掺杂浓度,以及吸收层体缺陷密度对器件性能的影响。经过优化CdS缓冲层厚度和掺杂浓度以及GeSe吸收层厚度和掺杂浓度,器件获得高达27.59%的转换效率。这些结果表明GeSe基薄膜太阳电池有成为高效光伏器件的潜力。     

A ZnO/TiO2 composite nanorods photoanode with improved performance for dye‐sensitized solar cells

A dye‐sensitized solar cell (DSSC) based on ZnO/TiO₂ composite nanorods (NRs) photoanode is fabricated. The power conversion efficiency (PCE) of the ZnO/TiO₂ composite NRs film DSSC is 4.36%, which is obviously higher than that of DSSCs based on pure TiO₂ NRs (0.6%) and ZnO NRs (3.10%). The enhanced performance of ZnO/TiO₂ composite NRs film DSSC can be attributed to the combined effects of ZnO and TiO₂ NRs. In this architecture, the thick ZnO NRs overlayer offers a large surface area for enough dye absorption, while the thin TiO₂ NRs underlayer not only offers a direct and quick pathway for photoinjected electron transfer along the photoanode but also acts as a blocking layer, which effectively hinders the direct contact between the substrate and the electrolyte resulting in lower carrier recombination.     

MoS2/SnS异质结太阳能电池的模拟研究

硫化亚锡(SnS)是一种Ⅳ-Ⅵ族层状化合物半导体材料,其禁带宽度与太阳能电池最佳带隙1.5 eV非常接近,并且在可见光范围内光的吸收系数很大(α>10⁴ cm^-1),因此SnS是一种很有应用前景的材料。本文利用太阳能电池模拟软件wxAMPS模拟了MoS₂/SnS异质结太阳能电池,主要研究SnS吸收层的厚度、掺杂浓度和缺陷态等因素对太阳能电池性能的影响。研究发现:SnS吸收层最佳厚度为2 μm,最佳掺杂浓度为1.0×10¹⁵ cm^-3;同时高斯缺陷态浓度超过1.0×10¹⁵ cm^-3时,电池各项性能参数随着浓度的增加而减小,而带尾缺陷态超过1.0×10¹⁹ cm^-3·eV^-1时,电池性能才开始下降;其中界面缺陷态对太阳能电池影响比较严重,界面缺陷态浓度超过1.0×10¹² cm^-2时,开路电压、短路电流、填充因子和转换效率迅速下降。另外,通过模拟获得的转换效率高达24.87%,开路电压为0.88 V,短路电流为33.4 mA/cm²。由此可知,MoS₂/SnS异质结太阳能电池是一种很有发展潜力的光伏器件结构。