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。     

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.     

通过氯化铵与水分协同辅助钙钛矿结晶制备高效可印刷介观太阳能电池

<正>钙钛矿半导体材料CH_3NH_3PbX_3(X=Cl,Br,I)具有光吸收强、载流子迁移率高、带隙可调、可溶液加工等特点,是制备太阳能电池的理想材料。在过去几年中钙钛矿太阳能电池获得了飞速发展,其公证光电转换效率已高达22.1%,超过了光伏市场上占主导地位的多晶硅太阳能电池最高公证效率1,显示出良好的发展潜力及应用前景,     

ABX3型钙钛矿光伏材料的结构与性质调控

近年来,钙钛矿太阳能电池由于其效率高、制造成本低、工艺简单等特点受到广泛关注,成为目前太阳能电池领域的研究热点。在钙钛矿太阳能电池中,无机-有机杂化ABX₃材料非常重要。它既作为光吸收材料,同时又作为载流子传输材料,因此它的光电性质直接影响到太阳能电池的效率。本文综述了调控无机有机金属卤化物ABX₃型钙钛矿光伏材料结构和性质的几种途径。     

钙钛矿ABX3型材料的结构与性质调控

近年来,钙钛矿太阳能电池由于其效率高、制造成本低、工艺简单等特点受到广泛关注,成为目前太阳能电池领域的研究热点。在钙钛矿太阳能电池中,无机-有机杂化ABX₃材料非常重要。它既作为光吸收材料,同时又作为载流子传输材料,因此它的光电性质直接影响到太阳能电池的效率。本文综述了调控钙钛矿型无机有机金属卤化物ABX₃结构和性质的几种途径。     

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。     

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,Gr?tzel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Gr?tzel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.     

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池中的钙钛矿层功能添加剂

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池作为新一代薄膜太阳电池,自2009年Mayasaka等制备出第一块钙钛矿太阳电池后得到迅猛发展,截止目前,其认证转换效率由最初的3%达到22.1%。钙钛矿材料作为光吸收层,具有光吸收效率高、载流子迁移率高和电子扩散寿命长等特点,但是其本身对水和氧气敏感,在环境氛围中不稳定。研究表明,在钙钛矿材料中添加一些功能添加剂,通过调节钙钛矿晶体结构、结晶过程和晶体缺陷等方法,可以提高钙钛矿太阳电池的光伏性能或者环境稳定性。本文主要评述了钙钛矿太阳电池中各类功能添加剂的应用研究进展。     

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.     

高效钙钛矿缺陷态钝化材料及其钝化机理

正有机金属卤化物钙钛矿材料具有可调的直接带隙、高摩尔吸光系数和高载流子迁移率等优异的光电性质~1。基于该类钙钛矿材料的太阳能电池经过短短几年的发展,其能量转换效率几乎能够和传统晶体硅太阳能电池的效率相媲美~2。因此,钙钛矿太阳能电池被研究者们寄予厚望。在电池制备过程中所形成的钙钛矿多晶薄膜往往具有大量的晶界,处于晶界中配位不饱和的卤离子和金属离子会诱导缺陷态的形成~3,从而大     

A mini review: Constructing perovskite p-n homojunction solar cells

Organic metal halide perovskite materials have excellent photoelectric properties, and the power conversion efficiency(PCE) of the perovskite solar cells(PSCs) has increased from 3.8% to more than 25%. In the development of PSCs, innovative architectures were being proposed constantly. However, the use of the electron transport layer(ETL) and hole transport layer(HTL) increases manufacturing costs and process complexity. Perovskite material has ambipolar charge transport characteristics, so it c...     

钙钛矿同质结太阳电池研究进展

钙钛矿太阳电池制备工艺简单,效率提升迅速,被认为是最具应用潜力的新一代光伏技术之一。近年来,大量研究表明,钙钛矿光电材料可以通过自掺杂或外源掺杂的方式实现薄膜导电类型(p型或n型)的定向调控;而具有双层薄膜结构的钙钛矿p-n同质结可以通过薄膜双沉积技术制备,这为钙钛矿同质结太阳电池的设计与制备提供了技术基础。新型钙钛矿同质结太阳电池摒弃传统的电子传输层和空穴传输层,可简化电池结构,不仅有利于提升电池工作稳定性,降低成本,更能进一步释放钙钛矿太阳电池在柔性和半透明应用中的潜力,推动钙钛矿电池的实用化进程。本文围绕钙钛矿同质结太阳电池,综述了钙钛矿光电材料p/n特性掺杂和钙钛矿同质结的研究进展,讨论了钙钛矿同质结太阳电池的基本结构和工作原理,并对其当前存在的技术问题和应用前景进行了总结与展望。     

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%。     

TiO_2 nanoparticle-based electron transport layer with improved wettability for efficient planar-heterojunction perovskite solar cell

The electron transport layer(ETL) plays an important role in planar heterojunction perovskite solar cell(PSCs),by affecting the light-harvesting, electron injection and transportation processes, and especially the crystallization of perovskite absorber. In this work, we utilized a commercial TKD-TiO_2 nanoparticle with a small diameter of 6 nm for the first time to prepare a compact ETL by spin coating. The packing of small-size particles endowed TKD-TiO_2 ETL an appropriate surface-wettability, which is beneficial to the crystallization of perovskite deposited via solution-processed method. The uniform and high-transmittance TKD-TiO_2 films were successfully incorporated into PSCs as ETLs. Further careful optimization of ETL thickness gave birth to a highest power conversion efficiency of 11.0%, which was much higher than that of PSC using an ETL with the same thickness made by spray pyrolysis. This TKD-TiO_2 provided a universal solar material suitable for the further large-scale production of PSCs. The excellent morphology and the convenient preparation method of TKD-TiO_2 film gave it an extensive application in photovoltaic devices.     

钙钛矿太阳能电池电子传输层的制备及应用

目前,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSC)的器件效率已经超过25%。电子传输层作为PSC中的重要组成部分在提取和传输光生电子,阻挡空穴,修饰界面,调节界面能级和减少电荷复合等方面起着关键作用。无机n型材料,例如TiO₂、ZnO、SnO₂和其他金属氧化物材料具有成本低和稳定性好的特点,经常在传统PSC中被用作电子传输层(ETL)。有机n型材料,例如富勒烯及其衍生物、萘二酰亚胺聚合物和小分子,具有良好的成膜性能及强的电子传输性能,经常在反式PSC中被用作ETL。本综述详细介绍了PSC中电子传输层的作用机理和制备方法;重点总结了金属氧化物材料、有机分子材料、复合材料和多层分子材料电子传输层和其改性手段的最新研究进展;最后,展望了电子传输层材料朝着高性能PSC的实际应用和发展前景。     

多功能氨基酸衍生物钝化的高性能钙钛矿太阳能电池

采用含有羧基、氨基和苯基等多官能团的氨基酸衍生物分子(Fmoc-L-异亮氨酸,Fmoc-Ile-OH)钝化钙钛矿薄膜表面缺陷。首先,该氨基酸衍生物可降低钙钛矿薄膜中PbI₂杂质含量,并提高钙钛矿薄膜的颗粒尺寸。其次,氨基酸衍生物的引入可有效改善钙钛矿薄膜的光学特性和钙钛矿/电荷传输层界面载流子输运性能。另外,经钝化处理的钙钛矿太阳能电池表现出更优的器件二极管理想因子、更低的陷阱填充极限电压和更高的载流子复合电阻,这些结果证实了Fmoc-Ile-OH可有效钝化钙钛矿薄膜表面缺陷。最后,通过工艺条件优化,制得了转化效率为21.09%的高效钙钛矿太阳能电池器件,其性能远优于对照组器件的效率(18.00%)。     

SnO2双层电子传输层对钙钛矿太阳能电池界面电荷传输的影响

为了改善基于SnO₂电子传输层的钙钛矿太阳能电池的界面电荷传输特性和迟滞现象,我们采用低温溶液处理工艺制备了4种不同类型的SnO₂电子传输层用于钙钛矿太阳能电池,包括由SnCl₄·5H₂O溶胶-凝胶层（Cl₄-SnO₂）、SnCl₂·2H₂O溶胶-凝胶层（Cl₂-SnO₂）和SnO₂纳米颗粒层（NP-SnO₂）与SnO₂胶体层（Col-SnO₂）两两相互作用形成的同质结SnO₂双层电子传输层和Col-SnO₂单层电子传输层;并系统研究了不同SnO₂双层电子传输层对器件光电性能和迟滞现象的影响。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、稳态光致发光（PL）、电化学阻抗（EIS）和稳定性测试等表征证实,在Col-SnO₂层下方插入Cl₂-SnO₂层可更好地形成紧密接触,两者相互作用形成平滑紧凑的SnO₂双层纳米晶体结构与钙钛矿层之间具有良好的界面接触和更少的界面缺陷,表现出更优异的电子提取和传输特性。与基于Col-SnO₂单层结构的器件（14.16%）相比,基于Cl₂-SnO₂/Col-SnO₂双层电子传输层结构的器件获得了15.01%的光电转换效率,正向扫描的光电转换效率提高了约23.3%,短路电流密度（J_sc）和填充因子（FF）均得到了改善,迟滞现象被明显抑制且表现出更好的稳定性。相比之下,基于Cl₄-SnO₂/Col-SnO₂双层结构器件的性能改善稍显逊色,基于NP-SnO₂/Col-SnO₂双层结构器件的性能反而有所下降。