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。     

钙钛矿太阳电池研究进展:薄膜形貌控制与界面工程

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池因兼具低成本溶液加工和优异的光电转换性能在国际上倍受关注. 基于其吸收强、迁移率高、载流子寿命长、可调控带隙以及可采用多种方式加工等优势, 钙钛矿太阳电池在短短5年时间里, 实验室小面积器件的能量转换效率已经从低于5%提高到近20%, 模块器件的能量转换效率可达8.7%, 其效率超过了很多其他类型太阳电池, 接近可以商业化的水平. 借助于相关材料性质理解和电池设计优化, 钙钛矿太阳电池效率的进一步提升存在很大的潜力空间. 本文通过文献综述, 在回顾国内外钙钛矿太阳电池发展情况的基础上, 着重讨论影响钙钛矿太阳电池性能的其中两个重要因素: 薄膜形貌控制与界面工程, 并分析了钙钛矿太阳电池面临的基础科学问题以及展望该技术的未来前景.     

锡基钙钛矿太阳电池光吸收材料

钙钛矿太阳电池以其优异的光吸收特性、载流子传输能力以及简单的制备工艺,成为太阳电池领域研究的热点。高效、无污染、低成本一直是太阳电池领域追求的目标。然而,传统钙钛矿太阳电池由于其光吸收材料中含重金属元素铅,对环境有较大影响,从而限制了此类钙钛矿太阳电池的进一步商业化应用。基于此,科学家们都在致力于寻找新的无铅钙钛矿材料。在众多无铅钙钛矿材料中,锡基钙钛矿材料由于其相对较小的毒性、合适的带隙以及相应器件具有较高的能量转换效率等优点,成为最有希望应用于钙钛矿太阳电池的替代材料。然而,锡基钙钛矿太阳电池也存在一些弱点,其能量转换效率和器件稳定性相较于铅基钙钛矿太阳电池仍然存在很大差距,器件制备过程中对空气十分敏感。为了更好地解决这些问题,对锡基钙钛矿材料及器件性能的各种影响因素进行系统地研究势在必行。文章分类介绍了各类锡基钙钛矿材料及其在太阳电池中的应用,包括有机-无机杂化锡基钙钛矿材料,锡铅混合钙钛矿材料和全无机锡基钙钛矿材料,综述了锡基钙钛矿材料及其相应器件性能的最新研究进展,并且讨论了影响器件性能的各项因素,最后对锡基钙钛矿太阳电池未来的发展做出了展望。     

钙钛矿型太阳电池研究进展

自从2009年钙钛矿材料被应用到太阳电池领域,到现在仅6年的时间里,钙钛矿型太阳电池的光伏转换效率从约3%提高到20.1%,受到全球瞩目。 本文对近年来钙钛矿型太阳电池的发展进行了综述,介绍了钙钛矿吸光材料的性能及其制备,总结了钙钛矿型太阳电池器件结构及其内在机理,探讨了该类型电池待突破的方向和可能的解决途径,阐述了钙钛矿型太阳电池的进展历程,展望了未来发展方向。     

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。     

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。     

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.     

有机及有机无机杂化太阳电池中的界面研究

第3代可溶液加工的太阳电池(包括有机太阳电池、钙钛矿太阳电池等),因为制备成本低、可制备柔性器件等特点备受关注.它们的迅速发展与活性层材料、界面材料与修饰以及器件工程等方面的快速发展息息相关,其中器件中的各个界面对激子的分离、载流子传递和收集有着巨大的影响,影响着器件的性能.本文重点介绍了近年来我们课题组在有机太阳电池、聚合物/量子点杂化太阳电池以及钙钛矿太阳电池研究中,如何设计界面材料以及通过自组装层对电极进行界面修饰,实现活性层和电极之间的欧姆接触和载流子的有效收集;如何在界面层中引入具有等离激元效应的纳米粒子实现光场的有效利用和性能的提升;以及如何对聚合物和纳米粒子间的界面修饰实现载流子的高效分离,制备高性能的杂化太阳电池器件.     

三聚茚有机光电功能材料在太阳电池领域的应用

三聚茚可经一步反应合成,功能化程度高,是规整的、纳米级的刚性结构,能通过平衡分子之间聚集尺寸的大小来控制激子扩散长度继而调节分子之间的相互作用;而且,三聚茚具有优良的荧光性能、热稳定性能和空穴传输性能,是应用广泛的有机光电材料.本文从太阳电池领域(有机太阳电池、钙钛矿太阳电池和染料敏化太阳电池)出发,综述了国内外对三聚茚材料的研究工作,总结了三聚茚材料对太阳电池领域的发展所做出的贡献.     

A-π-D-π-A small-molecule donors with different end alkyl chains obtain different morphologies in organic solar cells

The small molecular donors with different end alkyl chains provide appropriate phase separation and molecular stacking orientation for all-small-molecule solar cells. The power conversion efficiency (PCE) have been improved obviously, and the highest PCE reaches 7.06%. The results demonstrate that the optimized end alkyl chains can be used to design A-π-D-π-A backbone structure small molecular electron donors for small-molecule organic solar cells.     

锡钙钛矿太阳能电池的进展与展望

金属卤素钙钛矿是目前最有前景的高效低成本新型太阳能电池材料,但是目前还存在环境友好性和理论效率极限较低的问题。锡钙钛矿环境友好,而且其带隙更窄理论转换效率更高,吸引了广泛的关注。锡钙钛矿太阳能电池(TPSC)近年来发展迅速,是目前效率最高的无铅钙钛矿太阳能电池。本文先介绍了锡钙钛矿的晶体结构、能带结构和光电性质,然后总结了最近在锡钙钛矿领域有代表性的工作和提高光电转化效率的策略,最后讨论了锡钙钛矿发展面临的挑战和未来的发展方向。     

Hole‐Transport Materials for Perovskite Solar Cells

The pressure to move towards renewable energy has inspired researchers to look for ideas in photovoltaics that may lead to a major breakthrough. Recently the use of perovskites as a light harvester has lead to stunning progress. The power conversion efficiency of perovskite solar cells is now approaching parity (>22 %) with that of the established technology which took decades to reach this level of performance. The use of a hole transport material (HTM) remains indispensable in perovskite solar cells. Perovskites can conduct holes, but they are present at low levels, and for efficient charge extraction a HTM layer is a prerequisite. Herein we provide an overview of the diverse types of HTM available, from organic to inorganic, in the hope of encouraging further research and the optimization of these materials.     

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.     

Synthesis of hybrid organic-inorganic perovskite platelets by vacuum impregnation

In perovskite solar cells and optoelectronics, perovskite film morphology controls the performance of the device. Various methods have been developed to control the morphology and coverage of the perovskite films. In this article platelet type perovskite morphlogy was synthesized using low temperature vacuum impregnation of the perovskite solution CH₃NH₃PbI₃ resulting in complete coverage on TiO₂ film. Vacuum impregnation synthesis of perovskites has the advantage of low cost and low temperature which faciliates application in flexible electronics and solar cells.     

Perovskite as Light Harvester: A Game Changer in Photovoltaics

It is not often that the scientific community is blessed with a material, which brings enormous hopes and receives special attention. When it does, it expands at a rapid pace and its every dimension creates curiosity. One such material is perovskite, which has triggered the development of new device architectures in energy conversion. Perovskites are of great interest in photovoltaic devices due to their panchromatic light absorption and ambipolar behavior. Power conversion efficiencies have been doubled in less than a year and over 15 % is being now measured in labs. Every digit increment in efficiency is being celebrated widely in the scientific community and is being discussed in industry. Here we provide a summary on the use of perovskite for inexpensive solar cells fabrication. It will not be unrealistic to speculate that one day perovskite‐based solar cells can match the capability and capacity of existing technologies.     

Improving the stability of metal halide perovskite solar cells from material to structure

Metal halide perovskites(MHPs) are promising photovoltaic(PV) materials owing to their advantages such as high carrier mobility, excellent absorption coefficient, bandgap tenability, long diffusion length,and low material cost. These qualities have increased the efficiency of MHP solar cells to 23.3%. However,MHPs are hindered by a lack of stability. In addition, the applications of MHP solar cells are restricted by the instability of perovskite materials and devices. In this article, the most urgent stability problems faced by perovskite solar cells are identified, and recent progresses in MHPs are enumerated. The factors affecting the stability of perovskite materials and devices are also discussed. We analyzed the thermal and humid stability of perovskite materials in terms of transporting materials and their interface. In view of these recent advances, future works should focus on the large-scale application of MHP solar cells.     

锡基钙钛矿太阳能电池研究进展

自2009年以来,有机-无机卤化物钙钛矿因其独特的光学和电学性能,在光电材料领域受到了广泛的研究,尤其是Pb基的卤化物钙钛矿太阳能电池,目前光电转换效率高达创纪录的约25.2%,显示出强大的商业化潜力。然而,Pb元素的毒性及因而导致的环境隐患问题,一直是其产业化过程中的顾虑之一。因此,寻求能替代Pb的环境友好的元素,是一个十分重要的课题。Pb基钙钛矿材料优异的光电特性来源于Pb²⁺的最外层6s2孤对电子,与Pb元素同主族的Sn元素能够形成三维钙钛矿结构且同样具有惰性5s2外层电子结构,因而是替代Pb的首选。本文系统地介绍了Sn基钙钛矿的光学和电学性质,并从薄膜制备方法和不同的器件结构方面介绍Sn基钙钛矿太阳能电池的最新进展。     

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。