两亲性季铵盐对钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的影响

将廉价易得的两亲性季铵盐十六烷基三甲基溴化铵（CTMAB）加入到钙钛矿前驱体溶液中，通过调节添加量研究了CTMAB对钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的影响.结果表明，加入CTMAB后制备的钙钛矿薄膜更加致密均匀，表面缺陷更少，钙钛矿晶体结晶性得到显著提高，从而提高了电池的光电转换效率及电池稳定性；含有CTMAB的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）为18.03%，明显高于未添加CTMAB的电池效率（17.05%）；含有CTMAB的电池稳定性有较大的提高，在一定湿度环境中保存40 d后效率仍达初始效率的95%，而未添加CTMAB的器件效率只有初始效率的70%.     

反式钙钛矿太阳能电池研究进展

反式结构的钙钛矿太阳能电池由于其稳定性好、迟滞效应低等优点越来越受到人们的关注. 自2013年出现以来, 其光电转换效率从最初3.9%快速提升至21.5%. 然而, 反式钙钛矿太阳能电池的光电转化效率相比于传统正置结构钙钛矿太阳能电池依然存在差距, 同时其柔性及空气稳定性和大面积制备技术的开发仍是当前急需亟待解决的难题. 本文就反式钙钛矿太阳能电池载流子传输材料的选择、界面优化及柔性器件的发展等方面进行了系统的综述, 试图总结由结构和材料优化实现反式钙钛矿太阳能电池的高效率、高稳定性、大面积及柔性制备的普遍规律.     

全固态介观太阳能电池:从染料敏化到钙钛矿

介观太阳能电池(Mesoscopic Solar Cells)作为新一代太阳能电池的突出代表, 具有原材料来源丰富, 制备工艺简单, 光电转换效率高等优点, 从而具有广阔的应用前景. 本工作简要评述了全固态介观太阳能电池从染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells)发展到钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells)过程中新材料、新技术和新概念的研究进展. 1998年, Grätzel课题组首次将固态有机空穴传输材料spiro-OMeTAD应用到染料敏化太阳能电池中, 制备出全固态染料敏化太阳能电池, 虽然仅获得了0.74%的光电转换效率, 但是却使得全固态染料敏化太阳能电池迅速发展成为介观太阳能电池的重要研究方向. 2012年, Park与Grätzel课题组合作, 使用钙钛矿型吸光材料(CH₃NH₃)PbI₃作为敏化剂, spiro-OMeTAD作为空穴收集层, 制备出光电转换效率达到9.7%的全固态介观太阳能电池, 又被称为钙钛矿太阳能电池. 自此, 基于钙钛矿材料的介观太阳能电池迅速成为太阳能电池领域的研究热点. 目前, 钙钛矿太阳能电池的最高公证效率已经达到20.1%. 钙钛矿太阳能电池作为介观太阳能电池商业化道路上里程碑式的突破, 在材料开发、界面优化以及器件稳定性方面的研究仍充满挑战, 也期待新的突破.     

铅卤钙钛矿敏化型太阳能电池的研究进展

铅卤钙钛矿太阳能电池由于其低廉的成本, 简易的制备工艺和具有商业化潜力的效率等优点, 在最近两年里成为太阳能领域广受关注的新星. 铅卤钙钛矿太阳能电池的结构, 材料合成和制作工业在短时期内发生多项革命性的变化. 铅卤钙钛矿敏化型太阳能电池从最初使用液体电解液的敏化电池, 演变为固态敏化电池. 铅卤钙钛矿也从最初沉积在介孔膜的空隙的传统敏化结构, 演变为介孔空隙填充和致密覆盖层结合的混合型敏化结构. 通过这些结构的演化和材料制备的进步, 敏化型铅卤钙钛矿太阳能电池具备了较高的稳定性和高效率的两大优点. 对铅卤钙钛矿敏化型太阳能电池的研究进展进行简要综述.     

卤化钙钛矿太阳能电池材料理论研究进展

卤化钙钛矿由于具有低成本、高效率等特点,最近作为非常有前景的太阳能电池吸收层材料被广泛研究。卤化钙钛矿型太阳能电池效率在短短的几年间由3.8%(2009年)迅速增加到22.1%(2016年)。卤化钙钛矿型太阳能电池的出现彻底改变了太阳能电池领域,不仅因为它们快速增长的效率,而且因为它们在材料生长和结构方面的可控性。卤化钙钛矿型太阳能电池的优越性能说明卤化钙钛矿材料具有独特的物理性质。在本综述中,我们总结了卤化钙钛矿材料最近几年在结构、电学、光学方面的理论研究成果,这些都与它们在太阳能电池方面的应用密切相关。我们也将探讨一些卤化钙钛矿型太阳能电池目前遇到的挑战以及可能的理论解决途径。     

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。     

高效钙钛矿太阳能电池吸光层的设计与优化

本文设计了多元混合钙钛矿吸光层涂布液配方,并采用两步法组装了钙钛矿电池器件。由于两步法制备钙钛矿吸光层存在配方和工艺相对复杂的问题,导致电池器件性能难以提升,因此,本文采用正交实验的方法,筛选出影响电池器件性能的关键因素。针对关键因素设计了系列实验,通过观察钙钛矿层薄膜形貌,测试钙钛矿太阳能电池器件的光电性能,并采用多种表征手段研究了钙钛矿层薄膜性质,确定了关键因素的添加量,最后优选出钙钛矿电池吸光层的最佳配方,得到高质量的钙钛矿薄膜,电池的光电转换效率达到21.1%。     

无机钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展

近年来钙钛矿太阳能电池发展迅速,全无机钙钛矿具有良好的热稳定性、高吸光系数、带隙可调、制备简单等优点备受关注.现今,无机钙钛矿太阳能电池的最高光电转化效率已达19.03%,具有很好的发展潜力.本综述将从无机钙钛矿太阳能电池的制备方法、薄膜掺杂、界面修饰对稳定性影响入手,系统介绍无机钙钛矿太阳能电池的发展并进行分析总结,并着重分析了无机钙钛矿不稳定的原因及其改善方法,最后对于无机钙钛矿太阳能电池的未来进行了展望.     

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。     

ZnO电极修饰层在钙钛矿太阳能电池中的应用

ZnO电极修饰层具有高电子迁移率、高透光率、可低温制备且环境友好等优点在钙钛矿太阳能电池上获得了广泛应用。本文针对传统电极修饰层需要高温退火、透光率较低、制备过程繁琐,不利于高性能柔性钙钛矿电池器件制备等问题,系统综述了以ZnO材料作为电极修饰层的制备方法,综合分析了ZnO构筑的电极修饰层形貌、厚度、掺杂及复合对钙钛矿太阳能电池性能（如开路电压、电流密度、填充因子、光电转换效率等）的影响,展望了ZnO电极修饰层材料的未来发展趋势与其在钙钛矿太阳能电池中的应用前景。     

Interfacial Engineering for Efficient Low-Temperature Flexible Perovskite Solar Cells

Photovoltaic technology with low weight, high specific power in cold environments, and compatibility with flexible fabrication is highly desired for near-space vehicles and polar region applications. Herein, we demonstrate efficient low-temperature flexible perovskite solar cells by improving the interfacial contact between electron-transport layer (ETL) and perovskite layer. We find that the adsorbed oxygen active sites and oxygen vacancies of flexible tin oxide (SnO₂) ETL layer can be effectively decreased by incorporating a trace amount of titanium tetrachloride (TiCl₄). The effective defects elimination at the interfacial increases the electron mobility of flexible SnO₂ layer, regulates band alignment at the perovskite/SnO₂ interface, induces larger perovskite crystal growth, and improves charge collection efficiency in a complete solar cell. Correspondingly, the improved interfacial contact transforms into high-performance solar cells under one-sun illumination (AM 1.5G) with efficiencies up to 23.7 % at 218 K, which might open up a new era of application of this emerging flexible photovoltaic technology to low-temperature environments such as near-space and polar regions.     

Improved Photovoltaic Performance from High Quality Perovskite Thin Film Grown with the Assistance of PC71BM

The strategy of sequentially spin-coating a perovskite film from the perovskite precursor and an electron transporting layer of [6,6]-phenyl-C_(71)-butyric acid methyl ester(PC_(71)BM) is developed to simplify the fabrication procedure of perovskite solar cells. X-ray diffraction and scanning electron microscopy indicate that PC_(71)BM film on perovskite layer can retard the evaporation of dimethyl sulfoxide(DMSO) efficiently, thus prolonging the transformation of intermediate phase to perovskite crystals, leading to a high quality perovskite thin film. The solar cells with the structure of indium tin oxides(ITO)/poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)/CH_3NH_3PbI_3/PC_(71)BM/bathocuproine(BCP)/Ag made from this simplified method exhibit a higher efficiency(12.68%) than those from the conventional one-step method(9.49%).     

A Multifunctional Polymer as an Interfacial Layer for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells

Metal-cation defects and halogen-anion defects in perovskite films are critical to the efficiency and stability of perovskite solar cells (PSCs). In this work, a random polymer, poly(methyl methacrylate-co-acrylamide) (PMMA-AM), was synthesized to serve as an interfacial passivation layer for synergistically passivating the under-coordinated Pb²⁺ and anchor the I^- of the [PbI₆]⁴⁻ octahedron. Additionally, the interfacial PMMA-AM passivation layer cannot be destroyed during the hole transport layer deposition because of its low solubility in chlorobenzene. This passivation leads to an enhancement in the open-circuit voltage from 1.12 to 1.22 V and improved stability in solar cell devices, with the device maintaining 95 % of the initial power conversion efficiency (PCE) over 1000 h of maximum power point tracking. Additionally, a large-area solar cell module was fabricated using this approach, achieving a PCE of 20.64 %.     

Bulk heterojunction perovskite solar cells incorporated with solution-processed TiOx nanoparticles as the electron acceptors

In the past ten years, perovskite solar cells were rapidly developed, but the intrinsic unbalanced charge carrier diffusion lengths within perovskite materials were not fully addressed by either a planar heterojunction or meso-superstructured perovskite solar cells. In this study, we report bulk heterojunction perovskite solar cells, where perovskite materials CH₃NH₃PbI₃ is blended with solution-processed n-type TiO_x nanoparticles as the photoactive layer. Studies indicate that one-step solution-processed CH₃NH₃PbI₃:TiO_x bulk-heterojunction thin film possesses enhanced and balanced charge carrier mobilities, superior film morphology with enlarged crystal sizes, and suppressed trap-induced charge recombination. Thus, bulk heterojunction perovskite solar cells by CH₃NH₃PbI₃ mixed with 5 wt% of TiO_x, which is processed by one-step method rather than typical two-step method, show a short-circuit current density of 20.93 mA/cm², an open-circuit voltage of 0.90 V, a fill factor of 80% and with a corresponding power conversion efficiency of 14.91%, which is more than 30% enhancement as compared with that of perovskite solar cells with a planar heterojunction device structure. Moreover, bulk heterojunction perovskite solar cells possess enhanced device stability. All these results demonstrate that perovskite solar cells with a bulk heterojunction device structure are one of apparent approaches to boost device performance.     

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.     

全无机钙钛矿太阳电池的制备及稳定性

全无机钙钛矿太阳电池因其热稳定性好、载流子迁移率高,可用于制备叠层电池等优点备受关注。随着人们对全无机钙钛矿太阳电池的深入研究和制备工艺的持续优化,全无机钙钛矿太阳电池的光电转换效率已经突破19%。然而,全无机钙钛矿材料相稳定性较差,这使得实现全无机钙钛矿太阳电池在空气环境下制备和长期使用面临巨大挑战。众多科研工作者通过分析全无机钙钛矿材料的相变机制,有针对性地提出了包括添加剂工程、界面工程和开发全无机钙钛矿量子点电池等多种方式来改善全无机钙钛矿太阳电池的长期稳定性。本综述从全无机钙钛矿材料与电池的结构、活性层制备方法和稳定性研究三个方面总结了近年来关于全无机钙钛矿太阳电池的研究进展。     

无机非铅钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池因其光吸收效率高、载流子寿命长、晶格缺陷容忍度高、能带可调等优点得到迅速发展,在短短几年内其太阳能转化效率已经达到22.1%。然而,在人们看到钙钛矿太阳能电池广阔发展前景的同时,其铅毒性和不稳定性严重限制了它的应用推广。无机非铅钙钛矿太阳能电池(ABX_3、A_2BB′X_6等)利用Sn、Ge、Bi、Ag等金属取代铅,以Cs、Rb等取代甲胺有希望解决目前钙钛矿太阳能电池的毒性和稳定性问题。本文主要对近几年无机非铅钙钛矿太阳能电池的研究现状做一个分析总结,并对其发展前景进行展望。     

钙钛矿太阳电池吸光层材料研究进展

近年来,有机-无机卤化铅钙钛矿太阳电池的研究取得了突破性进展,公证记录电池效率22.1%,与CdTe薄膜电池（认证记录电池效率22.1%）和CuInGaSn（CIGS）（认证记录电池效率22.3%）薄膜电池技术相媲美,已经接近于市场上主导地位的晶体硅太阳电池（约25%）。有机卤化铅钙钛矿太阳电池器件的长期效率输出稳定性和含毒性Pb严重制约其实际应用。本文将讨论有机卤化铅钙钛矿太阳电池不稳定性因素和相应的解决方案,并对钙钛矿材料中Pb元素的取代工作和无机非铅钙钛矿材料及其太阳电池的研究进行了阐述与展望。     

Rational Design of Ferroelectric 2D Perovskite for Improving the Efficiency of Flexible Perovskite Solar Cells Over 23 %

Despite the great progress of flexible perovskite solar cells (f-PSCs), it still faces several challenges during the homogeneous fabrication of high-quality perovskite thin films, and overcoming the insufficient exciton dissociation. To the ends, we rationally design the ferroelectric two-dimensional (2D) perovskite based on pyridine heterocyclic ring as the organic interlayer. We uncover that incorporation of the ferroelectric 2D material into 3D perovskite induces an increased built-in electric field (BEF), which enhances the exciton dissociation efficiency in the device. Moreover, the 2D seeds could assist the 3D crystallization by forming more homogeneous and highly-oriented perovskite crystals. As a result, an impressive power conversion efficiency (PCE) over 23 % has been achieved by the f-PSCs with outstanding ambient stability. Moreover, the piezo/ferroelectric 2D perovskite intrigues a decreased hole transport barriers at the ITO/perovskite interface under tensile stress, which opens new possibilities for developing highly-efficient f-PSCs.