钙钛矿材料组分调控策略及其光电器件性能研究进展

近年来，钙钛矿太阳电池的光电转换效率取得了爆发式增长，这与电池中钙钛矿薄膜的制备工艺和材料组分密切相关.关于钙钛矿薄膜的制备方法，相关的研究报道及综述较多，然而钙钛矿材料组分调控方面的研究梳理工作相对缺乏.本综述总结了近年来不同组分体系钙钛矿材料的研究进展，包括有机无机铅卤钙钛矿、全无机铅卤钙钛矿、少铅钙钛矿以及无铅钙钛矿.重点介绍了不同体系中具有代表性的材料组分及其对器件性能的影响，旨在梳理通过组分调控提高钙钛矿电池的效率及稳定性的研究思路，最终实现商业化应用.     

多功能可交联材料在聚合物太阳能电池中的应用

近年来,可交联材料在有机光电器件领域,尤其是聚合物太阳能电池领域,得到了广泛的应用研究。可交联材料作为活性层中的给体材料或受体材料以及制作有序本体异质结聚合物太阳能电池,可以提高器件的稳定性及光电转化效率。可交联材料应用于聚合物太阳能电池的电子传输层或空穴传输层,可以提高器件的开路电压、转化效率、稳定性等各项性能参数。本文根据可交联材料在聚合物太阳能电池中的功能的不同,详细地描述了可交联材料的官能团种类、处理时间、温度以及引发剂等因素对聚合物太阳能电池光电性能的影响,同时评述了可交联材料应用于聚合物太阳能电池的缓冲层及制作有序本体异质结聚合物太阳能电池的研究进展,最后展望了可交联材料在该领域的发展前景。     

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%.     

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.     

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%。     

聚合物太阳能电池阴极修饰层研究进展

聚合物太阳能电池以其质量轻、成本低、制备工艺简单等优点成为清洁能源利用的研究热点.近年来聚合物太阳能电池光电转换效率逐步提高,单结聚合物太阳能电池的光电转换效率已超过11%,其中器件的界面修饰层成为影响器件光伏性能的重要因素.本文总结了聚合物太阳能电池阴极修饰层的研究进展,分别从无机材料和有机材料两方面介绍了常用的阴极修饰层材料.无机材料包括金属氧化物、金属和金属化合物等,有机材料包括聚合物、富勒烯衍生物以及n-型有机半导体材料等.本文还从阴极修饰层的电学特性、光学特性、能级位置、表面形貌、界面接触等方面讨论了其对聚合物太阳能电池光伏性能的影响,展望了聚合物太阳能电池的发展前景.     

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.     

基于碳纳米管的光伏电池

碳纳米管具有独特的一维结构和优异的光电特性,是构建光伏电池的理想材料。本文主要综述了近年来碳纳米管基光伏电池的结构设计、制备方法以及碳纳米管在器件中的不同功能应用。首先概述了碳纳米管的结构和光电特性,重点讨论了碳纳米管作为光电转换材料、导电电极和载流子传输层等功能层时器件的原理、制作方法及优缺点,介绍了碳纳米管在微型光伏电池、碳纳米管/硅异质结光伏电池、染料敏化光伏电池、钙钛矿光伏电池、有机光伏电池以及柔性光伏电池中的应用,最后总结了碳纳米管基光伏电池的优势和挑战,以期为新型碳基光伏电池的设计和制作提供思路和参考。     

反式p-i-n结构钙钛矿太阳能电池

近年来,有机无机杂化金属卤化物钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初3.8%提升到现在的21.0%.快速的效率提升主要得益于钙钛矿材料本身的光电特性—适宜的直隙半导体禁带宽度、较低的激子束缚能、较高的摩尔消光系数、优良的载流子双极性扩散特性.然而,高效率钙钛矿太阳能电池的器件稳定性和迟滞效应现象仍未得到很好的改善,是当前急需要解决的挑战性难题.本文首先回顾了钙钛矿太阳能电池的发展历程和器件结构的演变,结合本课题组在反式p-i-n结构钙钛矿太阳能电池方面的研究进展,试图阐明一些由电池结构带来的本质性差异和一些设计实现钙钛矿太阳能电池高效率、高稳定性、消除迟滞效应的普遍规律.着重总结了基于聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)基与NiO基两类p型空穴传输材料的反式结构钙钛矿电池方面的代表性研究进展.     

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。     

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。     

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。     

离子液体对钙钛矿太阳能电池性能的影响

利用1-乙基-3-甲基咪唑溴盐(EMIMBr)、1-己基-3-甲基咪唑溴盐(HMIMBr)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)以及1-乙基-3-甲基咪唑氯盐(EMICl)和双氟磺酰亚胺钾(KFSI)制备了1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(EMITFSI)、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(HMITFSI)和1-乙基-3-甲基咪唑鎓二(氟甲磺酰基)亚胺盐(EMIFSI)3种离子液体。 用氯苯稀释的离子液体对钙钛矿活性层进行浸泡处理,探究了离子液体对钙钛矿形貌以及钙钛矿太阳能电池性能的影响。 结果表明,HMITFSI处理后太阳能电池的填充因子从0.71提高到了0.74,光电转换效率也有了一定提高,钙钛矿薄膜的表面形貌得到了改善,而EMITFSI和EMIFSI的处理反而降低了钙钛矿太阳能电池的性能,证实离子液体可以影响钙钛矿的结晶形貌。     

A new multiscale modeling method for simulating the loss processes in polymer solar cell nanodevices

The photoelectric power conversion efficiency of polymer solar cells is till now, compared to conventional inorganic solar cells, still relatively low with maximum values ranging from 7% to 8%. This essentially relates to the existence of exciton and charge carrier loss phenomena, reducing the performance of polymer solar cells significantly. In this paper we introduce a new computer simulation technique, which permits to explore the causes of the occurrence of such phenomena at the nanoscale and to design new photovoltaic materials with optimized opto-electronic properties. Our approach consists in coupling a mesoscopic field-theoretic method with a suitable dynamic Monte Carlo algorithm, to model the elementary photovoltaic processes. Using this algorithm, we investigate the influence of structural characteristics and different device conditions on the exciton generation and charge transport efficiencies in case of a novel nanostructured polymer blend. More specifically, we find that the disjunction of continuous percolation paths leads to the creation of dead ends, resulting in charge carrier losses through charge recombination. Moreover, we observe that defects are characterized by a low exciton dissociation efficiency due to a high charge accumulation, counteracting the charge generation process. From these observations, we conclude that both the charge carrier loss and the exciton loss phenomena lead to a dramatic decrease in the internal quantum efficiency. Finally, by analyzing the photovoltaic behavior of the nanostructures under different circuit conditions, we demonstrate that charge injection significantly determines the impact of the defects on the solar cell performance.     

Progress of all-perovskite tandem solar cells:the role of narrow-bandgap absorbers

Perovskite solar cells(PSCs)have gained increasing attention due to their excellent photovoltaic performance,achieving certified power conversion efficiency(PCE)of 25.2%.To further enhance PCE and break the Shockley-Queisser limit of the single junction PSCs,great efforts have been made in tandem solar cells based on perovskite,including perovskite/Si,and perovskite/perovskite(all-perovskite).Among them,all-perovskite tandem solar cells exhibit unique advantages of both lowcost fabrication and high efficiency.They have advanced rapidly in these years,due to the realization of stable and efficient narrow-bandgap perovskites.In this work,we review the development of monolithic all-perovskite tandem solar cells and highlight the critical role of narrow-bandgap perovskites in recent progress of all-perovskite solar cells.We also propose our perspective of future directions on this subject.     

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 %.     

钙钛矿太阳能电池的商业化进展与挑战

钙钛矿太阳电池是一项颠覆性的光伏技术,具有能量转化效率高、生产成本低、制备工艺简单等优势。当前,钙钛矿太阳能电池的认证效率已达25.7%,但其面临着严重的商业化瓶颈,如稳定性差、模组效率相对低、铅毒性等,且这些问题相互关联。本文简述了钙钛矿太阳能电池的工作原理和器件结构,并归纳总结了在解决钙钛矿太阳能电池稳定性、封装和模组化等商业化瓶颈问题方面的主要研究进展。最后,本文提出了钙钛矿光伏商业化进程中值得关注的解决措施。     

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.     

共混型聚合物太阳电池原理及研究进展

共混聚合物太阳电池是一种将电子给体材料与电子受体材料混合的新型异质结光伏电池,这种新型太阳电池由于增大了异质结的表面积,减少了光生激子的复合,互穿网络结构有利于电荷的传输,再加上其成本低、工艺简单、能大面积制备等优点,近年来已成为国内外研究的热点.本文综述了聚合物太阳电池的研究进展,讨论了聚合物太阳电池的基本原理,解释了表征太阳电池的物理量开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、填充因子(FF)和能量转换效率(η),分析了制作工艺、材料、电极等因素对器件性能的影响,阐述了国内外聚合物太阳电池研究的现状及存在问题.