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。     

溶剂热法制备纳米氧化镍及其表征

以乙酰丙酮镍、油酸、油胺为原料，十八烯为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，采用溶剂热法，在不同反应条件制备了纳米级氧化镍材料.通过X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）、透射电子显微镜（Transmission electron microscope，TEM）、紫外-可见光吸收光谱（Ultraviolet-visible spectroscopy，UV-Vis）光谱分析以及塔菲尔（Tafel）测试考察了反应物比例、保温时间、表面活性剂（PVP）、油胺的量对产物微结构、粒径、形貌、光学以及电化学活性性能的影响.实验结果表明：在反应物n[Ni（acac）₂]∶n（OA）=1∶2、添加剂PVP质量分数为1.66%、油胺物质的量为30 mmol、200℃下保温8 h时，可获得粒径约为30～40 nm纯相氧化镍，具有最佳电化学活性，交换电流密度为J₀=1.23×10^-2 mA·cm^-2.     

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.     

低温制备SnO2电子传输层用于钙钛矿太阳能电池

SnO₂具有光稳定性优异、可低温溶液制备等优点被视为电子传输层的优异材料之一,广泛应用于高效稳定的平面异质结钙钛矿太阳能电池.本文在低温(150℃)下采用旋涂工艺制备SnO₂电子传输层,探究了SnO₂前驱体溶液不同浓度(SnO₂质量分数为2.5%—10.0%)下制备的SnO₂电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响.通过对SnO₂薄膜进行扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱和透射光谱分析,发现基底的覆盖率、透光率和SnO₂薄膜的带隙随SnO₂前驱液浓度的增加而增大;通过对SnO₂/钙钛矿(MAPbI₃)薄膜进行SEM、UV-Vis、X-射线衍射(XRD)、稳态光致发光(PL)光谱分析,发现SnO₂胶体分散液浓度为7.5%制备的SnO₂层上沉积的MAPbI₃的粒径最大,结晶度最好,具...     

PEDOT的电化学合成及其在固态染料敏化太阳能电池中的应用研究

本工作主要围绕PEDOT的合成及其在固态染料敏化太阳能电池对电极中的应用开展研究,重点研究了循环伏安法电化学沉积过程中循环次数（10~50次）对PEDOT薄膜的形貌、厚度及光学性质的影响.通过红外光谱、SEM、紫外-可见吸收光谱表征了PEDOT的结构、形貌及光性质;通过J-V、动态调制光电流谱（IMPS）/光电压谱（IMVS）以及Tafel测试表征了基于PEDOT透明对电极染料敏化太阳能电池的光电化学性能.结果表明：采用循环伏安法电沉积合成PEDOT制备固态染料敏化太阳能电池对电极时,CV循环30~40次之间时可以获得最佳的光电性能,固态器件的光电转换效率为5.34%,这是因为在该条件下所制备的PEDOT具有均匀致密的表面、较好的光学性质以及较高的光电催化性能（J₀=2.51×10^-3 A·cm^-2）,使得器件可以获得较大的扩散系数（D_n=28.80 μm²·ms^-1）和载流子扩散长度（L=21.41 μm）,有利于电荷的传输.当CV循环次数大于40次时,PEDOT薄膜会在掺氟的SnO₂透明导电玻璃（FTO）表面发生溶解、脱附,从而使得其光电催化性能下降.在双面光照条件下,以电沉积PEDOT作为透明对电极的器件光电性能提升了20%左右.     

湿空气下制备稳定的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池

无机钙钛矿太阳能电池由于具有良好的热稳定性,高吸光系数等优点发展迅速。但无机钙钛矿材料对水分极其敏感,一般在惰性环境下中进行制备,操作复杂。本文通过简单的一步旋涂工艺,在无手套箱空气湿度条件下制备CsPbI₂Br无机钙钛矿薄膜,通过介孔TiO₂厚度的优化,对钙钛矿薄膜的结晶、成膜及稳定性进行了分析,发现在较厚基底介孔层上制备的钙钛矿晶粒大、无孔隙;随着基底厚度的减小,其上所形成的CsPbI₂Br薄膜禁带宽度(E_g)增大;电化学阻抗测试表明在较厚基底介孔层上制备的CsPbI₂Br钙钛矿具有更好的载流子提取与传输能力。对不同厚度介孔层上沉积的钙钛矿薄膜稳定性进行测试,发现CsPbI₂Br钙钛矿的稳定性随着介孔层厚度的增加而提高,在空气中做放置144 h后无明显变化。在空气湿度条件下组装成器件,获得到了8.16%的最佳光电转换效率,并且对器件无任何修饰及封装的情况下,在相对湿地低于35%的空气中放置72 h后保持最初效率的73%。     

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。     

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.