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。     

化学浴沉积方法制备硫化铟敏化太阳电池及其性能研究

硫化铟是一种稳定、低毒性的半导体材料. 本文采用低成本的化学浴沉积方法制备了硫化铟敏化太阳电池, X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)结果表明形成了硫化铟敏化的二氧化钛薄膜. 化学浴沉积温度对所得硫化铟敏化薄膜的形貌有显著的影响, 进而影响电池性能. 温度太低时, 化学浴沉积反应速率太低, 只发生少量沉积; 温度太高时, 化学浴沉积反应速率较快, 硫化铟来不及沉积到二氧化钛多孔薄膜内部. 当温度在40℃时, 硫化铟沉积均匀性最好, 薄膜的光吸收性能最佳, 电池的短路电流最大, 另外, 填充因子达到最佳, 为65%, 电池总体光电转换效率为0.32%.     

硫化亚铜对电极在量子点敏化太阳电池中的应用

报道了一种基于硫族金属复合物N₄H₉Cu₇S₄前驱体溶液制备硫化亚铜对电极的新方法. 分别制备了TiO₂纳米颗粒多孔薄膜和TiO₂纳米棒阵列结构的光阳极, 并在此基础上研究了基于硫化亚铜对电极的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池的光电性能, 同时结合电化学阻抗技术考察了硫化亚铜对电极的催化性能. 结果表明: 与铂电极相比, 本方法制备的硫化亚铜电极对多硫电解质具有更高的催化活性, 所组装的CdS/CdSe量子点敏化太阳电池具有更优的光伏性能.     

量子点敏化太阳电池

基于量子限域效应的新型太阳电池——量子点敏化太阳电池(QD-SSCs),由于其最大理论转化效率超过了传统的Shockley-Queisser极限效率,已经成为目前最具研究潜力的太阳电池之一。本文综述了近几年来QD-SSCs领域的研究进展,主要从半导体氧化物纳米材料,特别是其低维纳米结构下的特殊性能;金属硫族化合物纳米晶;电解质;对电极等几个方面评述了电池材料的研究进展。另外,从量子点材料的制备和组装方面简述了目前电池光阳极的研究情况,并介绍了提高量子点光敏化性能的几个新途径。最后,从开路电压和短路电流角度分析了影响电池性能的几个关键因素,并对QD-SSCs今后的发展进行了展望。     

负偏压作用下染料敏化太阳电池界面及光电性能研究

太阳电池组件由于局部电压不匹配,其中部分电池可能较长时间工作在负偏压状态下,从而影响电池光电性能.借助拉曼光谱、电化学阻抗谱和入射单色光量子效率(IPCE)等测试手段,研究长期负偏压作用下染料敏化太阳电池光电性能的变化及其影响机理.拉曼光谱研究结果表明:电池在1000 h负偏压作用下,电解质中阳离子(Li⁺)会向光阳极(TiO₂电极)移动并嵌入TiO₂薄膜中;长期负偏压作用还会致使TiO₂/电解质界面阻抗增大和IPCE下降,导致电池开路电压升高和短路电流减小.通过加入苯并咪唑(BI)添加剂,经1000 h负偏压后电池的拉曼光谱实验表明,BI能在一定程度阻碍Li⁺的嵌入,电池具有较好的长期稳定性.不同负偏压下的老化实验进一步表明,通过加入添加剂能够使电池在长期负偏压下保持较好的稳定性. 关键词： 染料敏化 太阳电池 组件 负偏压     

一种高效、绿色制备环状硫碘盐的新方法及其在染料敏化太阳电池中的应用

采用高压釜合成和乙酸乙酯/水萃取提纯的模式制备出高产率、高纯度的环状烷基硫碘盐. 高压釜合成在保证产率的前提下, 大大缩短了反应时间(反应时间仅为原来的1/3)|乙酸乙酯和水的萃取提纯模式在保证产品纯度的同时, 大大缩短了提纯时间, 还避免了有毒试剂的使用. 制备出的烷基环状硫碘盐作为碘源用于配制染料敏化太阳电池用电解质, 相应电池的光电转化效率接近使用传统烷基咪唑碘盐的电池. 电化学阻抗谱(EIS)测试表明环状烷基锍阳离子相比于烷基咪唑阳离子来说, 更有利于抑制电池内部的电子复合反应, 同时还能促进对电极上电子交换反应的进行, 最终可以提高电池的开路电压和填充因子.     

自组装单分子空穴传输层在反式钙钛矿太阳电池的研究进展

空穴传输层在钙钛矿太阳电池(Perovskite solar cell, PSC)中起着抽取和传输钙钛矿层产生的光生空穴、抑制电子回流等重要作用,是构成高性能器件的重要组成部分.经典的空穴传输材料,如2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(spiro-OMe TAD)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)等,空穴迁移率低、价格昂贵等缺点限制了其规模化应用.近年来,在反式PSC中自组装单分子层(self-assembledmonolayers,SAM)作为空穴传输层广泛应用,提升了器件性能.SAM分子结构中含有锚定官能团,可以在衬底上形成单分子薄膜,有着材料消耗小、无需添加剂、寄生吸收低、能够兼容叠层器件和有利于大面积制造等优点,已成为PSC领域的研究热点.本综述结合PSC发展,按照SAM分子结构中锚定基团的不同,对近年来基于SAM的空穴传输层的研究进行了分类和归纳,结合分子骨架变化分析了结构变化对其特性及器件性能的影响.最后,对SAM作为空穴传输层的发展做了总结和展望.     

二氧化钛在钙钛矿太阳电池中的应用

纳米TiO₂由于具有合适的禁带宽度、良好的光电化学稳定性、制作工艺简单等特点,目前广泛应用于染料敏化、量子点和钙钛矿等太阳电池中。作为电池的重要组成部分之一,纳米TiO₂晶体尺寸、颗粒大小和制备方法等明显影响电池的光伏性能,相关研究工作一直是染料敏化、量子点和钙钛矿等太阳电池方面的重点。本文综述了纳米TiO₂作为致密层和骨架层在钙钛矿太阳电池中的应用研究进展,主要讨论了纳米TiO₂的不同形貌、制备方法以及结构等对电池光电性能的影响,并针对纳米TiO₂在后续对电池性能提升方面进行了展望。     

上/下转换材料在染料敏化太阳电池中的应用进展

上/下转换技术能将红外光和紫外光能量转换成与工作电池匹配的光谱范围内能量,解决了由于光谱不匹配造成的能量损失,实现拓宽电池的吸收光谱,提高电池的光利用率和转换效率,降低紫外光对电池稳定性的影响。稀土离子由于特殊的能级结构且发光效率高,常作为上/下转换发光材料的中心离子。近年来上转换发光中心主要集中在Er³⁺,Tm³⁺等三价离子,敏化中心则为具有特殊能级结构和较长激发态寿命的Yb³⁺离子。Tb³⁺,Eu³⁺,Sm³⁺等离子由于在紫外光区具有电荷迁移吸收带,易被高能紫外光子激发,量子效率接近100%且发射谱线主要位于可见光区,常被用作下转换发光中心。发光基质多选择声子能量低、透光范围广、易于掺杂的氟化物,并通过水热法制备出结晶度高、粒径小且分布均匀的粉体材料。目前,上/下转换技术应用于DSC的研究越来越受到人们的重视,本文将对上转换和下转换技术在DSC中的应用进行详细阐述,主要介绍上/下转换技术的发展背景,在太阳电池中的应用和方法,详细综述近几年来各类上转换和下转换材料在太阳电池中应用的研究进展,最后对其未来的发展方向进行了展望。     

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.