碱金属碘化物后处理制备大晶粒CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜,

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池作为一种低成本、高效的光伏技术具有巨大的发展潜力,制备大晶粒、致密的钙钛矿吸收层仍然是获得高效钙钛矿太阳电池的关键因素.本文采用简单碱金属碘化物(NaI,KI,CsI)后处理方法诱导CH3NH3PbI3薄膜二次结晶,成功制备了微米级大晶粒、致密的CH3 NH3 PbI3钙钛矿薄膜.与KI相比,NaI和CsI更有利于促进钙钛矿薄膜晶粒长大.并且碱金属碘化物后处理能够钝化晶界,降低钙钛矿薄膜内的缺陷.最后,碱金属掺杂对CH3NH3PbI3带隙的影响很小,不改变其接近单节电池带隙的最优值.因此,碱金属碘化物后处理是进一步提高钙钛矿太阳电池的有效方法.     

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.     

气相辅助电沉积法低温制备CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的研究

采用低成本的气相辅助电沉积方法(vapor-assisted electro-deposition,VAED)成功制备了面积为15 cm2均匀致密的钙钛矿薄膜.首先通过电化学沉积制备PbO2薄膜,然后与HI气体反应得到PbI2薄膜,接下来再与HI和CH3NH2混合气体反应,得到CH3NH3PbI3薄膜.实验发现:电化学沉积电压对PbO2薄膜的表面形貌和微结构有重要影响;在PbO2向PbI2的转化过程中,随着反应时间的减小,PbI2的结晶性逐渐增强,最佳反应时间为10 min;在钙钛矿的转化过程中,当HI/CH3NH2体积比为1:2时可获得均匀致密、四方相的钙钛矿薄膜.本研究提供了一种低温制备大面积均匀CH3NH3PbI3薄膜的方法,得到的CH3NH3PbI3薄膜可望在光电器件中得到应用.     

以B-γ-CsSnI3为光吸收层的平面异质结钙钛矿太阳能电池的模拟优化

采用AFORS-HET软件对以B-γ-CsSnI3作为光吸收层的平面异质结钙钛矿太阳能电池结构进行了模拟优化,其中TiO2作为电子传输层,Spiro-OMeTAD作为空穴传输层,讨论了钙钛矿太阳能电池光吸收层以及空穴传输层的各种参数对太阳能电池性能的影响.模拟优化得到B-γ-CsSnI3的PSCs最佳性能参数为:Voc=1.18 V,Jsc=24.48 mA/cm2,FF=80.04;,PCE=23.15;,效率虽略低于以CH3NH3PbI3作为光吸收层的钙钛矿太阳能电池,但考虑铅的毒性和钙钛矿电池的稳定性,以B-γ-CsSnI3作为光吸收层的PSCs将具有更好的应用前景.     

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。     

基于咔唑的新型空穴传输材料及其在PSC中的应用

为了开发新型的太阳能电池关键材料,合成了一种新的基于咔唑的小分子材料Cz-3Th,将其用作空穴传输材料(HTM)成功地应用到钙钛矿太阳能电池当中.这种新型的小分子材料两步反应即可合成,原料易得且成本较低.在使用低温溶液处理的SnO2纳米颗粒作为电子传输层的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池中,以Cz-3Th为空穴传输层,在100 mW/cm2 AM 1.5 G光照条件下获得0.75 V的开路电压(Voc),光电转化效率(PCE)为2.68;.因此,在未来趋势为环境友好和低成本效益的钙钛矿太阳能电池中Cz-3Th有很大发展潜力.     

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.     

CsGeI3空穴传输层平面异质结钙钛矿太阳电池的模拟优化

采用AFORS-HET软件对CsGeI3空穴传输层(Hole Transport Material, HTM)平面异质结钙钛矿太阳电池进行了模拟,TiO2作为电子传输层,CH3NH3PbI3作为光吸收层,C作为背电极,分别讨论了钙钛矿光吸收层厚度、缺陷浓度,光吸收层/HTM界面态密度和HTM对太阳电池性能参数的影响.模拟优化得到CsGeI3 HTM的PSCs最佳性能参数为:Voc=1.199 V,Jsc=22.2 mA·cm-2,FF=86.22;,PCE=22.95;,效率虽略低于spiro作为HTM的器件,但考虑生产工艺和制备成本,CsGeI3作为HTM的PSCs将具有更好的应用前景.     

氯离子添加剂对钙钛矿太阳能电池性能的调节

过去几年,有机无机杂化的钙钛矿太阳能电池在光伏领域引起了广泛地关注,钙钛矿电池性能提升的关键是制备高质量的钙钛矿薄膜,而引入添加剂是制备高质量钙钛矿薄膜的重要方法之一.本文引入了两种不同的添加剂(浓盐酸和PbCl2)到钙钛矿前驱体溶液中,通过不同摩尔比的掺杂来调控钙钛矿薄膜的结晶度和表面覆盖率.然后采用SEM、XRD和紫外可见吸收光谱等表征手段分析钙钛矿薄膜的性能.结果表明:少量的Cl-添加剂可以优化钙钛矿薄膜的性能,提高钙钛矿层的覆盖率和光吸收特性.当掺杂PbCl2:PbI2摩尔比为1:9时,钙钛矿电池的各项参数有明显的提升,电池的PCE达到了11.35;;作为对比,当掺入HCl:PbI2的摩尔比为1:9时,电池的PCE仅为6.19;.因此PbCl2是比浓盐酸更好的Cl-添加剂,可以改善钙钛矿薄膜质量和提升钙钛矿太阳能电池性能.     

TiO2-ZnTiO3纳米复合薄膜的制备及光催化性能

将ZnO粉末加入TiO2溶胶中制备出TiO2/ZnTiO3复合薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱对其形貌、晶体结构、化学组成和光谱响应特征进行了表征.以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了不同ZnO掺入比例对复合薄膜光催化性能的影响.结果表明,所得材料的光催化性能与复合结构中TiO2的结晶结构有关.Ti/Zn=6∶1时,所得复合薄膜由锐钛矿相TiO2与钙钛矿相ZnTiO3构成,薄膜中晶粒尺寸较小(约为30 nm)、结晶度较高、催化性能最好.在紫外光下5h可使亚甲基蓝(MB)溶液脱色降解率达到94;,明显高于纯TiO2薄膜(87;).     

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。     

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。     

液相沉积法处理TiO2纳米晶膜对其光电性能的影响

将涂有TiO2纳米晶膜的导电玻璃浸渍于氟钛酸铵、硼酸和水的液相沉积(Liquid Phase Deposition,简称LPD)反应溶液中,利用反应液中氟的金属配位离子和金属氟化物之间的化学平衡反应,在TiO2纳米晶多孔膜(简称nc-TiO2膜)上沉积一层TiO2纳米粒子,从而实现对TiO2纳米晶膜进行化学处理。以经过LPD处理的TiO2纳米晶膜作为光阳极组装染料敏化太阳能电池(DSSC)并测试其伏安特性曲线,研究了不同反应时间条件下LPD处理nc-TiO2膜对DSSC光电性能的影响。结果表明:在一定条件下用LPD处理TiO2纳米晶膜可显著提高其DSSC光电性能,短路电流密度最高提高13.13%,能量转化效率最高提高13.95%。论文对LPD处理TiO2纳米晶膜提高DSSC光电转化性能的原因进行了分析。     

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.     

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。     

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。