十二烷二酸修饰TiO_2电子传输层改善钙钛矿太阳电池的电流特性

在经典的平面异质结钙钛矿太阳电池中,TiO_2致密层的电子传输性能一直是获得优异光伏性能的决定性因素之一.相较于spriro-OMe TAD等常见的空穴传输材料优异的空穴传输能力,作为电子传输材料的TiO_2的导电性较弱,无法形成良好的电荷匹配.为了解决这个问题,我们使用自组装的十二烷二酸(DDDA)单分子层来修饰TiO_2致密层的表面,TiO_2致密层的导电性能得到大幅提升,并且其能带结构得到优化,促进了电子传输,降低了电子积聚和载流子复合,使得电池的短路电流密度(JSC)从修饰前的20.34 mA·cm~(-2)提升至修饰后的23.28 mA·cm~(-2),进而使得电池在标准测量条件下的光电能量转换效率从14.17%提升至15.92%.同时还发现,通过DDDA修饰TiO_2致密层,所制备的器件的光稳定性显著提升,器件未封装暴露在AM 1.5光强100 mW·cm~(-2)的模拟太阳光下超过720 min,保持初始效率的71%以上且趋于稳定.     

钙钛矿薄膜的气相法制备及光伏应用的研究进展

近几年,有机-无机杂化钙钛矿太阳电池迅速兴起并且获得了媲美硅基电池的效率,受到了学术界以及产业界的高度关注.随着效率的提高,如何解决稳定性、大面积制备等问题也迅速被提上日程.汽相薄膜制备方法是目前广泛应用于制备大面积致密半导体薄膜及器件的一种工业技术.自2013年Snaith团队成功实现钙钛矿薄膜的真空汽相沉积以来,汽相制备技术在钙钛矿薄膜及器件制备领域也获得越来越多的研究.本论文将对气相法制备钙钛矿薄膜和器件的研究进行综述.重点介绍气相法制备方法的发展及汽相制备方法中一些共有的物理问题,包括MAI分子蒸发的弥散性问题;真空度对分子扩散及薄膜形态的影响以及温度对固态反应的影响.最后将简单讨论进一步提高材料和器件特性可以采取的方案.     

钙钛矿薄膜气相制备的晶粒尺寸优化及高效光伏转换

钙钛矿薄膜的气相制备是一种极具潜力的工业化生产工艺,但薄膜的质量控制目前远落后于溶液制备法.本文通过建立PbI_2薄膜向钙钛矿薄膜完全转化过程中反应时间、晶粒尺寸与温度的关系,实现了薄膜的质量优化及大面积钙钛矿薄膜的制备,将薄膜的平均晶粒粒径从0.42μm优化到0.81μm.基于空间电荷限制电流模型对缺陷密度的研究显示,钙钛矿薄膜的缺陷密度由5.90×10~(16)cm~(–3)降低到2.66×10~(16)cm~(–3).光伏器件(FTO/TiO_2/C_(60)/MAPbI_3/spiro-OMeTAD/Au结构)测试显示,面积为0.045cm~2器件的平均光电转换效率从14.00%提升到17.42%,最佳光电转换效率达到17.80%,迟滞因子减小至4.04%.同时,基于180℃制备的1cm~2器件的光电转换效率达到13.17%.     

有机金属卤化物钙钛矿中的离子迁移现象及其研究进展

近年来,卤化物钙钛矿太阳能电池由于其诸多技术优势引起了普遍的关注,其效率在几年内达到了认证的24.2%,接近目前已经民用化的晶体硅太阳能电池.卤化物钙钛矿在外加电场作用下除了具有电荷传输能力外,还表现出离子迁移现象,是一种兼具半导体和离子导体特性的材料.离子迁移不仅直接改变了钙钛矿晶体的局部化学配比,而且会对材料的电学性质乃至相应器件的工作机理产生极大影响.本文总结了离子迁移的形成机制、基本特征及其对器件工作过程的影响(如可翻转的光伏现象、电流迟滞现象等),介绍了一些关于抑制离子迁移的最新研究进展.目前关于钙钛矿材料中的离子迁移现象的认识仍不全面,深入理解卤化物钙钛矿材料中的离子迁移现象对推动钙钛矿太阳能电池的发展和应用十分重要.