高效率钙钛矿型太阳能电池的化学稳定性及其研究进展

近几年来, 钙钛矿太阳能电池器件光电转换效率的最高纪录不断被刷新, 但是关于钙钛矿太阳能电池稳定性的研究报道比较缺乏. 钙钛矿太阳能电池稳定性问题已经成为制约钙钛矿太阳能电池继续发展的瓶颈. 简要讨论了水氧气氛、温度变化、湿法制备、紫外光照等不同敏感环境条件下钙钛矿太阳能电池的化学稳定性问题, 进而对一定环境条件下钙钛矿太阳能电池的化学稳定性及其调控的研究现状进行了综述, 旨在更好地理解钙钛矿太阳能电池稳定性的基础理论问题, 为实现钙钛矿太阳能电池稳定性的调控提供基本依据.     

钙钛矿光伏电池封装材料与工艺研究进展

钙钛矿太阳能电池作为第3代新概念太阳能电池,具有高光电转换效率、低成本和可柔性加工等优点,近年来发展迅速,其光电转换效率从一开始的3.8%增长到近期的25.5%,逐渐比肩硅电池,已接近商业化应用水平。目前,实现钙钛矿太阳能电池产业应用的关键环节在于电池封装,它不仅可以解决钙钛矿光伏器件稳定性问题,还可以实现电池安全、环保和延长使用寿命等要求。结合近十几年来钙钛矿光伏电池封装材料和封装工艺两方面的发展现状,文中介绍了钙钛矿电池封装领域取得的成果和存在的不足,讨论了目前现有封装技术的优缺点,以及它们适用的不同器件类型。着重在不同温度湿度条件下,比较了不同封装材料性能、封装工艺条件对钙钛矿电池效率及稳定性的影响,归纳出影响钙钛矿电池薄膜封装效果的3个关键因素： 聚合物的弹性模量、水蒸气透过率、加工温度。比较了不同聚合物薄膜封装材料适宜的加工温度、优缺点及加工成本。可以看出,随着钙钛矿光伏电池工业化需求的强烈增长和人们对其封装材料研究的不断深入,研究适合大面积生产和光伏建筑一体化的新型功能聚合物封装材料将是必然趋势。     

高机械稳定性的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是当前最高效的柔性光伏技术之一,应用前景广阔.但器件的机械稳定性制约了其综合稳定性及安全可靠性.本文综合评述了近年来国内外研究团队围绕提升柔性钙钛矿太阳能电池机械性能的研究进展,从柔性基底优化、新型柔性透明电极开发、晶粒调控、晶界改性、界面工程等不同角度分析总结了柔性钙钛矿太阳能电池机械稳定性的优化方案及进展,对柔性钙钛矿太阳能电池的瓶颈及挑战进行了总结和建议.     

2D钙钛矿太阳能电池的能带调控

经过短短十年的发展,钙钛矿太阳能电池效率已经超过25%,极具商业化价值,这得益于三维(3D)钙钛矿材料具有合适的带隙、吸光系数高、电子迁移距离长等优点。但3D钙钛矿的稳定性依然是其亟待解决的问题。二维(2D)钙钛矿器件除了兼具3D钙钛矿的优异光电性质之外,其稳定性良好,是解决3D钙钛矿太阳能电池稳定性问题的一个可行方案。2D钙钛矿晶格中的疏水性大烷基胺阳离子能阻止湿气侵入的可能路径,使其成为光电器件的备选材料。由于2D钙钛矿对许多不同的有机和无机成分具有较高的耐受性,使其组成具有多样性,进而影响其能带变化。本文对2D钙钛矿的带隙调控及能带调控进行总结,希望对制备高效、稳定的低维度钙钛矿太阳能电池具有一定的指导意义。     

钙钛矿型太阳能电池制备工艺及稳定性研究进展

有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池因其简单的制备工艺,低廉的制造成本,优异的光电转换效率,成为光伏领域的研究热点。钙钛矿光吸收材料具有消光系数高、载流子迁移率高、载流子寿命长、带隙可调控等优点。短短几年内,钙钛矿型太阳能电池的效率从最初的3.8%提高到22.1%。目前,为了获得稳定高效的钙钛矿型太阳能电池,主要有以下几个研究思路：新型器件结构设计;结构功能层的材料形貌设计;结构各功能层间的界面修饰;空穴传输材料的选择;对电极的选择。本文通过文献综述,在回顾了国内外研究者对钙钛矿型太阳能电池的研究历程的基础上,介绍了钙钛矿型太阳能电池的结构和工作原理,重点总结了电子传输层和钙钛矿层的制备工艺及优化,并讨论了钙钛矿型太阳能电池的稳定性以及展望了其商业化的前景。     

钙钛矿型太阳能电池制备工艺及稳定性研究进展

有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池因其简单的制备工艺,低廉的制造成本,优异的光电转换效率,成为光伏领域的研究热点。钙钛矿光吸收材料具有消光系数高、载流子迁移率高、载流子寿命长、带隙可调控等优点。短短几年内,钙钛矿型太阳能电池的效率从最初的3.8%提高到22.1%。目前,为了获得稳定高效的钙钛矿型太阳能电池,主要有以下几个研究思路:新型器件结构设计;结构功能层的材料形貌设计;结构各功能层间的界面修饰;空穴传输材料的选择;对电极的选择。本文通过文献综述,在回顾了国内外研究者对钙钛矿型太阳能电池的研究历程的基础上,介绍了钙钛矿型太阳能电池的结构和工作原理,重点总结了电子传输层和钙钛矿层的制备工艺及优化,并讨论了钙钛矿型太阳能电池的稳定性以及展望了其商业化的前景。     

提高钙钛矿太阳能电池稳定性的方法研究进展

钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单、制造成本低廉、载流子寿命长、光电转换效率高、能带可调等诸多优点,最近几年得到迅猛发展。目前,实验室制备的小面积钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经超过22%,但其稳定性仍是有待解决的问题,如果稳定性不能得到有效解决,必然会阻碍其产业化进程。本文归纳了钙钛矿电池稳定性研究的最新进展,重点讨论了提高钙钛矿太阳能电池稳定性的四种方法,最后总结了钙钛矿太阳能电池目前存在的问题并展望了其产业化的前景。     

环境友好型无铅卤化物钙钛矿太阳能电池研究进展

ABX_3(A为甲胺、甲脒等有机离子或铯离子,B为铅或锡等金属离子,X为溴、碘等卤化物离子)卤化物钙钛矿材料具有优异的光电特性,是当前太阳能电池研究的前沿和热点之一。然而,这类太阳能电池普遍面临含毒性元素铅和稳定性差等问题,极大地阻碍了钙钛矿太阳能电池商业化应用进程。因此,发展新型高效无铅钙钛矿太阳能电池势在必行。本文评述了环境友好型无铅卤化物钙钛矿太阳能电池的最新研究动态和进展,探讨了该类太阳能电池的制备、性能及其稳定性等问题,展望了其未来发展趋势。     

界面钝化策略:提高钙钛矿太阳能电池的稳定性

近年来,新兴起的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池突飞猛进,在短短十年里其光电转化效率从3.8%迅速发展到目前25.2%的认证效率,被视为最具有应用潜力的新型高效率太阳能电池之一。虽然钙钛矿太阳能电池具有很高的光电转换效率已与多晶硅薄膜电池相媲美,但是电池的长期稳定性仍是阻碍其商业化的一大挑战。钙钛矿表面和晶界存在大量的缺陷,界面钝化来提高钙钛矿太阳能电池的稳定性是非常重要且有效的策略。二维钙钛矿材料是有机胺层与无机层交替的层状钙钛矿,具有体积较大的有机铵阳离子,与传统的三维钙钛矿材料相比对于环境的稳定性较好,并且结构灵活可调,在三维钙钛矿表面修饰二维钙钛矿层钝化缺陷,在提高钙钛矿太阳能电池效率的同时又保证了稳定性,另外,合适的钝化剂分子也能够非常有效地钝化缺陷。本文总结了钙钛矿太阳能电池的不稳定因素,归纳了钙钛矿太阳能电池界面钝化方面的研究进展,指出了二维钙钛矿材料发展的巨大潜力以及寻找合适钝化剂分子的原则,期望能够为获得高性能的钙钛矿太阳能电池进而实现商业化提供有益的指导。     

大面积钙钛矿太阳能电池

近年来,钙钛矿太阳能电池因其高效、低成本、可制成柔性器件等突出优点在光伏研究领域备受关注。本文系统综述了大面积钙钛矿电池的最新研究进展,介绍了钙钛矿太阳能电池的结构特点、发展历史、钙钛矿薄膜的主要制备技术及改善的方法等,讨论了大面积钙钛矿太阳能电池目前存在的问题、提高大面积器件效率的方法及大面积钙钛矿太阳能电池的应用研究及工业化。最后,对大面积钙钛矿太阳能电池的应用前景进行了展望。     

钙钛矿太阳能电池中吸收层的研究进展

钙钛矿太阳能电池因具有成本低、制备容易和光电性能优异等突出特点受到了广泛关注.钙钛矿太阳能电池能量转化效率已从2009年的3.8%提升到2019年的25.2%.我们在文中重点总结了钙钛矿电池吸收层的制备工艺,掺杂和晶体组成、结构调控方面取得的重要进展,以及这些突破对电池效率提高的贡献,同时也提出了钙钛矿太阳能电池发展仍需要解决的问题.     

Perovskite solar cells: Thermal and chemical stability improvement,and economic analysis

Perovskite solar cells (PSCs) are highly efficient and are comparatively cheaper than the large silicon crystals primarily used in solar cells. Their outstanding photovoltaic performance makes them a potential alternative to silicon solar cells. While efficiency and photovoltaic performance have been investigated in recent decades, a knowledge gap on the degradation, economic feasibility and stability of PSCs exists, and their poor stability remains a barrier to commercialization. Thus, this review aims to fill this knowledge gap by focusing on approaches to improve PSCs’ thermal and chemical stability, and their economic viability under different conditions. The structure and manufacture of PSCs are also discussed along with an economic analysis of different perovskite devices. Improvements in thermal stability can be reached by incorporating inorganic materials into the PSC. A PSC model optimized with ZnO improves chemical stability by 8% and works well under low temperatures. To make PSCs more economically feasible, certain parts like counter electrodes (CE) and hole transport materials (HTMs) can be replaced with alternative elements like carbon and inorganic HTMs, respectively. PSCs with long durability and high conversion efficiency will expand the commercial prospects for this material. To bridge the lack of knowledge, further investigation is required on the sustainability and longevity of PSCs.     

Rapid development in two-dimensional layered perovskite materials and their application in solar cells

This review summarized recent research progresses of two-dimensional layered organic-inorganic hybrid perovskite materials and their photovoltaic performances in 2D perovskite solar cells.     

钙钛矿太阳电池的工作机理及性能的主要影响因素

本文综合评述了钙钛矿太阳电池的重要研究成果, 解释了其工作机理并总结了影响电池性能的关键因素: 钙钛矿化学组成、 结晶与形貌、 传输层、 电极和体异质结等. 对钙钛矿太阳电池的未来发展进行了展望.     

Managing Excess Lead Iodide with Functionalized Oxo-Graphene Nanosheets for Stable Perovskite Solar Cells

Stability issues could prevent lead halide perovskite solar cells (PSCs) from commercialization despite it having a comparable power conversion efficiency (PCE) to silicon solar cells. Overcoming drawbacks affecting their long-term stability is gaining incremental importance. Excess lead iodide (PbI₂) causes perovskite degradation, although it aids in crystal growth and defect passivation. Herein, we synthesized functionalized oxo-graphene nanosheets (Dec-oxoG NSs) to effectively manage the excess PbI₂. Dec-oxoG NSs provide anchoring sites to bind the excess PbI₂ and passivate perovskite grain boundaries, thereby reducing charge recombination loss and significantly boosting the extraction of free electrons. The inclusion of Dec-oxoG NSs leads to a PCE of 23.7 % in inverted (p-i-n) PSCs. The devices retain 93.8 % of their initial efficiency after 1,000 hours of tracking at maximum power points under continuous one-sun illumination and exhibit high stability under thermal and ambient conditions.     

Lead‐Free Solar Cells based on Tin Halide Perovskite Films with High Coverage and Improved Aggregation

Two simple methods to improve tin halide perovskite film structure are introduced, aimed at increasing the power conversion efficiency of lead free perovskite solar cells. First, a hot antisolvent treatment (HAT) was found to increase the film coverage and prevent electrical shunting in the photovoltaic device. Second, it was discovered that annealing under a low partial pressure of dimethyl sulfoxide vapor increased the average crystallite size. The topographical and electrical qualities of the perovskite films are substantively improved as a result of the combined treatments, facilitating the fabrication of tin‐based perovskite solar cell devices with power conversion efficiencies of over 7 %.     

基于WOx/PEDOT:PSS复合空穴传输层的高效稳定平面异质结钙钛矿太阳电池

在基于钙钛矿/富勒烯平面异质结的钙钛矿太阳电池中,PEDOT:PSS是最常使用的空穴传输材料. 但PEDOT:PSS呈酸性,会腐蚀金属氧化物透明电极,使器件的电极界面稳定性欠佳. 本文将高功函的氧化钨（WO_x）插入到PEDOT:PSS和FTO之间,形成WO_x/PEDOT:PSS复合空穴传输层,这样既可以避免PEDOT:PSS与FTO直接接触,提高器件的稳定性,又可以进一步降低电极界面的接触势垒,从而提升器件的性能. 作者研究了复合传输层对透光率、钙钛矿形貌、钙钛矿结晶、光伏性能及器件稳定性的影响. 基于WO_x/PEDOT:PSS复合空穴传输层的电池效率可以达到12.96%,比单纯的PEDOT:PSS的电池效率(10.56%)提升了22.7%,同时器件的稳定性也得到大幅改善.     

The PV-Researcher's Siren: Hybrid metal halide perovskites

Metal-halide perovskite semiconductors are certainly one of the hottest topic in solar energy conversion. Optimization of both the absorber material and device architecture has led to an astoundingly rapid increase in the reported device efficiencies. Initially developed in the context of dye-sensitized solar cell research, metal-halide perovskite devices now reach efficiency values and hence need to be compared to more conventional photovoltaic technologies such as silicon, copper indium gallium diselenide and cadmium telluride. Strong direct band gap absorption, long charge carrier diffusion length, ease and flexibility in processing at low temperatures and facile tunability makes these materials ideal for solar energy conversion applications. This review will both reflect on favorable properties of these hybrid and ionic semiconductors as well as reflecting on lead toxicity, material and device stability as the most critical issues that need to be solved in order for these materials to become technologically viable.