二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用

开发新型无机空穴传输层材料是钙钛矿电池实现商业应用的重要挑战之一。本文开展了二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用研究。采用液相超声剥离法成功制备了WS 2纳米片,并将其引入钙钛矿太阳能电池中用作空穴传输层。结果表明,当WS 2纳米片溶液浓度为1 mg/mL时,制备的WS 2纳米片空穴传输层具有较合适的厚度,并且后续在其上生长的钙钛矿活性层成膜质量高、结晶性能好,电池取得6.3%的光电转换效率。结果证实WS 2纳米片可作为新型无机空穴传输层材料用于钙钛矿太阳能电池。     

基于LiF修饰层的喷墨打印钙钛矿发光二极管EI北大核心CSCD

金属卤化物钙钛矿材料由于具有高光致发光量子产率、高色纯度、带隙可调等优良光学性能,作为发光材料广泛用于制备钙钛矿电致发光二极管(PeLEDs)。虽然已经取得了较好的研究进展,但是其大面积商业化的进程还比较缓慢,尚需进一步研究。为了实现钙钛矿薄膜发光二极管的大面积制备,本文使用喷墨打印技术,研究了不同基板结构对于钙钛矿前驱液的铺展与结晶成膜的影响及器件性能的比较,引入了具有空穴阻挡能力的无机小分子材料氟化锂(LiF)作为缓冲层沉积于空穴传输层TFB上,获得了像素化的均匀分布的钙钛矿薄膜,从而得到发光均匀的最高亮度为4861 cd/m2且最大电流效率为5.41 cd/A的印刷钙钛矿发光二极管。研究表明,LiF修饰层对于空穴的注入具有阻挡作用,并且有效阻止了钙钛矿发光层与TFB接触后所导致的激子猝灭现象。     

基于LiF修饰层的喷墨打印钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿材料由于具有高光致发光量子产率、高色纯度、带隙可调等优良光学性能,作为发光材料广泛用于制备钙钛矿电致发光二极管(PeLEDs)。虽然已经取得了较好的研究进展,但是其大面积商业化的进程还比较缓慢,尚需进一步研究。为了实现钙钛矿薄膜发光二极管的大面积制备,本文使用喷墨打印技术,研究了不同基板结构对于钙钛矿前驱液的铺展与结晶成膜的影响及器件性能的比较,引入了具有空穴阻挡能力的无机小分子材料氟化锂(LiF)作为缓冲层沉积于空穴传输层TFB上,获得了像素化的均匀分布的钙钛矿薄膜,从而得到发光均匀的最高亮度为4 861 cd/m~2且最大电流效率为5.41 cd/A的印刷钙钛矿发光二极管。研究表明,LiF修饰层对于空穴的注入具有阻挡作用,并且有效阻止了钙钛矿发光层与TFB接触后所导致的激子猝灭现象。     

界面修饰对有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池性能的影响

作为近些年来最耀眼的明星材料之一,钙钛矿以其优异独特的光电特性成功吸引研究人员的广泛关注.自2009年报道了第一篇光电转换效率为3.8%的钙钛矿电池,到现在短短10年期间效率已经突破25.2%,几乎可以与商用多晶硅电池媲美.尽管其制备过程简单,但在薄膜的形成过程中很容易引入大量的缺陷.缺陷的存在会加速载流子的复合,阻碍载流子传输通道,不利于制备高效率的钙钛矿太阳能电池;同时也会影响钙钛矿电池工作的长期稳定性,加速材料的降解,阻碍了钙钛矿太阳能电池进一步商业化发展.因此,理解缺陷的存在机制并有效地抑制缺陷产生,对制备高性能长寿命器件至关重要.而界面修饰作为一种有效的钝化缺陷方法之一,已经被广泛使用.本文讨论了不同结构电池器件的缺陷产生位置及对器件性能的影响.分别从载流子传输层钝化策略和钙钛矿界面修饰策略入手,分析了常用的传输层/钙钛矿界面钝化缺陷的机制,指出了钝化策略发展的巨大优势,并对合适的钝化材料进行分类,希望能够对高重复性、高光电转换效率、长期工作稳定的钙钛矿太阳能电池发展提供有益的指导.     

喷墨打印镉基绿光量子点发光二极管及其界面

喷墨打印镉基量子点发光二极管(QLEDs)有望应用于大尺寸全彩显示面板且具有材料利用率高的特点而广受关注。但目前喷墨打印器件效率远低于旋涂制备的同结构器件,针对这一问题,本文研究了在PVK空穴传输层上喷墨打印绿光量子点器件及量子点墨水溶剂对传输层界面的影响。研究发现,喷墨打印过程中的层间互溶是影响器件效率的关键,在采用正交溶剂结合喷墨工艺优化实现了高质量的膜层与界面后,获得了6.3%的喷墨印刷绿光QLEDs外量子效率。     

双添加剂处理电子传输层富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯对钙钛矿太阳能电池性能的影响

有机无机复合钙钛矿材料被证明是非常出色的光伏材料,目前主要通过优化钙钛矿材料的结晶和形貌来提高钙钛矿太阳能电池的效率.而对于电荷传输层,特别是p-i-n结构中电子传输层的研究相对较少.因此,本文制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3Pb I3/PCBM/Al的钙钛矿太阳能电池通过在电子传输层富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C61丁酸甲酯(PCBM)中添加聚苯乙烯(PS)和1,8-二碘辛烷(DIO)使得钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从10.8%提升到了12.5%.分析了性能提高的原因主要是:1)添加剂PS的加入提升了PCBM的黏度,从而形成了质量更高、更平滑的膜层,这有利于抑制电子和空穴在钙钛矿层和电子传输层之间的复合;2)添加剂DIO的加入改善了电子传输层的形貌,有利于电荷的分离、传输和收集.研究结果表明用成本较低的添加剂处理可以改善电子传输层的形貌和膜层的质量达到了改善电荷传输特性的效果提升了钙钛矿太阳能电池的效率为提升钙钛矿太阳能电池性能提供了一条可行的路径.     

n-i-p结构钙钛矿太阳能电池界面钝化的研究进展

近年来有机-无机杂化钙钛矿材料因其吸收系数高、成本低廉、制备工艺简单等优点吸引了大批科研人员进行研究,目前在实验室制备的电池能量转换效率已经超过23%.钙钛矿太阳能电池一般采用溶液法逐层制备,在此过程中由于退火温度、结晶速率等因素的影响,钙钛矿内部以及界面会产生大量的缺陷,这些缺陷会增加载流子复合概率,降低载流子寿命,严重影响钙钛矿太阳能电池的性能.因此研究和理解钙钛矿的缺陷对制备高效钙钛矿太阳能电池至关重要.本文讨论了在正式结构中,钙钛矿太阳能电池缺陷的产生以及缺陷对钙钛矿太阳能电池的影响,分析了不同材料钝化电子传输层/钙钛矿层界面以及钙钛矿层/空穴传输层界面缺陷的机理,对比了不同钝化材料对钙钛矿太阳能电池光伏性能的影响,总结了界面钝化材料在钙钛矿太阳能电池中的作用.最后指出了钙钛矿太阳能电池钝化缺陷的研究趋势和发展方向.     

EDTA/SnO2双层复合电子传输层在钙钛矿电池中的应用

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池器件因其高效率受到广泛关注,而界面问题是制备高效钙钛矿太阳能电池的关键问题之一.本文研究了一种高效的乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid, EDTA)/SnO₂双层复合结构,将超薄的EDTA层与ITO(锡-铟氧化物)电极接触, SnO₂层与钙钛矿界面接触,作为电子传输层(ETL)用于制备钙钛矿太阳能电池.有趣的是,复合ETL的顶部SnO₂侧的表面形态可以通过调整下面的EDTA层来进行微调.通过调整EDTA膜厚,可以调控钙钛矿层结晶过程中的成核过程,调节了电子传输层与钙钛矿层之间的载流子提取过程.本文中制备的钙钛矿太阳能电池的回滞效应可以忽略,并且经过第三方认证,已经实现了20.2%的能量转换效率.     

半透明钙钛矿太阳能电池的技术关键EI北大核心CSCD

基于ABX3晶体结构材料的新型钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、可溶液加工以及低温工艺兼容等优势。与此同时,利用钙钛矿材料合成方法简单、带隙可调以及膜厚和透过率可控等优点制备的半透明钙钛矿太阳能电池为薄膜光伏的发展带来了新的契机,在建筑集成光伏和叠层光伏等领域应用前景广阔。开发高效且高稳定的半透明钙钛矿太阳能电池已成为目前光伏领域的研究重点。本文系统综述了半透明钙钛矿太阳能电池的各功能层(钙钛矿光活性层、电荷传输层和电极)材料选择、光学特性调控、电学特性优化以及制备工艺调控等技术策略,同时提出了对半透明钙钛矿太阳能电池未来发展的一些展望。     

钙钛矿太阳能电池近期进展

近几年来,基于有机无机金属卤化物钙钛矿(ABX_3)的太阳能电池由于其独特的物理化学性质受到了广泛的关注.这种钙钛矿材料具有很高的消光系数、较强的电荷传递能力、长的载流子寿命、长的载流子扩散距离以及特殊的双极性,同时低成本易制作.自2009年至今,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8%增长到了20.8%,使之成为最有可能在未来代替传统单晶硅太阳能电池的新型太阳能电池.同时,由于钙钛矿具有双极性,故钙钛矿太阳能电池的结构也有多种,最常见的结构有介孔结构、平面结构、介观超结构、无空穴传输层结构等.本文主要介绍钙钛矿太阳能电池的发展、电池结构及其对光电池性能的影响、钙钛矿薄膜的制备方法,同时探讨了钙钛矿在电子传输层上的吸附模型和电荷在电池界面中的传输机理以及界面工程,并介绍该类型电池在近期所获得的突破及未来可能的发展方向,以便对钙钛矿太阳能电池有进一步的了解.     

钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展

有机-无机杂化的卤素钙钛矿材料在2009年首次应用在光伏器件中, 而后有关此类型太阳能电池的报道数量呈井喷式增长. 至2014年5月钙钛矿电池光电转化效率已接近20%, 已超过有机及染料敏化太阳能电池的效率, 且有望达到单晶硅太阳能的水平, 成为光伏发电领域中的希望之星. 在钙钛矿电池中, 电子传输材料与吸收层的电子选择性接触对提高光电转化效率起到重要作用, 尤其在正置结构器件中, 电子传输层的介观结构直接影响钙钛矿的生长情况. 同时, 电子传输层的化学性质及其界面也会对电池的稳定性和寿命产生影响. 本文总结了电子传输材料在该类电池中的研究现状和热点, 并按材料的化学组分不同, 将电子传输材料分为三类: 金属氧化物、有机小分子和复合材料, 详细地介绍了电子传输材料在钙钛矿太阳能电池中的作用和近来的最新进展.     

锡基钙钛矿太阳能电池载流子传输层的探讨

锡基钙钛矿太阳能电池可避免铅元素对环境带来的污染,近年来已成为光伏领域的研究热点.本文以SCAPS-1D太阳能电池数值模拟软件为平台,对不同电子传输层和不同空穴传输层的锡基钙钛矿太阳能电池器件的性能进行数值仿真对比,从理论上分析不同载流子传输层的锡基钙钛矿太阳能电池的性能差异.结果显示,载流子传输层与钙钛矿层的能带对齐对电池性能至关重要.电子传输层具有更高的导带或电子准费米能级以及空穴传输层具有更低的价带或空穴准费米能级时,对电池输出更大的开路电压有促进作用.另外,当电子传输层的导带高于钙钛矿层导带或钙钛矿层的价带高于空穴传输层的价带时,钙钛矿层与载流子传输层界面形成spike势垒,界面复合机制相对较弱,促使电池获得更佳的性能.当Cd0.5Zn0.5S和MASnBr3分别作为电子传输层和空穴传输层时,与其他材料相比,获得了更优的输出特性:开路电压Voc=0.94 V,短路电流密度Jsc=30.35 mA/cm^2,填充因子FF=76.65%,功率转换效率PCE=21.55%,可认为Cd0.5Zn0.5S和MASnBr3是设计锡基钙钛矿太阳能电池结构合适的载流子传输层材料.这些模拟结果有助于实验上设计并制备高性能的锡基钙钦矿太阳能电池.     

钙钛矿太阳电池中的缓冲层研究进展

基于钙钛矿材料优异的光电特性,钙钛矿太阳电池的转换效率迅速提高.但制约钙钛矿太阳电池性能的因素依然存在,例如:界面问题、稳定性问题等.通过在载流子传输层/电极及载流子传输层/光吸收层之间引入能带结构合适的缓冲层,可有效改善界面间的能带失配、载流子复合及化学反应等问题,进而提高钙钛矿电池中的电荷分离及收集效率,实现界面及稳定性问题的有效改善.本文总结了当前钙钛矿太阳电池中引入的缓冲层材料,全面分析了不同缓冲层材料钝化空穴传输层/阳极、电子传输层/阴极、空穴传输层/吸收层及电子传输层/吸收层间界面的机理,对比了不同缓冲层材料对电池性能的影响,总结了缓冲层材料在钙钛矿电池中的作用,最后指出了钙钛矿电池中各界面缓冲层材料的研究趋势及发展方向.     

应用于钙钛矿太阳能电池中金属氧化物电子传输材料的研究进展

基于有机金属卤化铅钙钛矿材料作为光活性层的太阳能电池(PSCs)已经获得了25.2%的认证效率,是除硅基太阳能电池外被认为最有可能实现商业化的太阳能电池之一。电子传输层是PSCs器件结构的最基本组成之一,其构成材料与光活性层的成膜质量、界面电荷的快速提取以及能级匹配等密切相关。因而,电子传输材料在PSCs的光伏性能及稳定性调控方面发挥着重要作用。本文对应用在PSCs中的金属氧化物电子传输材料进行了回顾与总结,着重强调了材料的纳米结构与制备工艺、半导体特性与分类以及掺杂与界面修饰等方面的研究进展,并对其今后的发展进行了展望。     

在电子传输层中添加PVK提高钙钛矿太阳能电池的性能

为了探究PVK对倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池电子传输层的影响,向电子传输层PCBM中添加了一种富电子的聚乙烯基咔唑(PVK).采用原子力显微镜、PL光谱对薄膜进行了表征.实验结果表明:少量PVK的添加提高了覆盖在钙钛矿薄膜上PCBM层的平整度.当PVK的添加质量分数为4%时得到最佳器件效率,相比于纯PCBM作为电子传输层的器件,器件效率由(5.11±0.14)% 提升到(9.08±0.46)%.当PVK的添加质量分数大于4%时,粗糙度又趋于变大.PL光谱显示,少量PVK的加入使钙钛矿/电子传输层薄膜的PL强度降低,并使PL峰蓝移.研究表明:向PCBM中掺杂适量PVK能够改善钙钛矿/电子传输层/Al的界面接触,减少漏电流,并能够减少钙钛矿表面陷阱和晶界缺陷,减少电荷复合,从而提高了器件性能.     

基于协同钝化策略制备高性能柔性钙钛矿太阳能电池

柔性钙钛矿太阳能电池由于可弯曲、重量轻、高功质比等特点,受到广泛关注.提升柔性钙钛矿太阳能电池转换效率最有效的策略是钝化钙钛矿薄膜内部的晶界缺陷以及钝化钙钛矿薄膜与电荷传输层的界面缺陷.本文设计制备了以柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate, PET)为基材的柔性反式钙钛矿太阳能电池,采用了辛基氯化胺(octadecylamine hydrochloride, OACl)添加剂及表面钝化的协同钝化策略,提高了钙钛矿薄膜的结晶质量,改善了钙钛矿薄膜内部及界面处的缺陷,并最终得到了光电转换效率为20.80%的柔性反式钙钛矿太阳能电池.本文为制备高效柔性钙钛矿太阳能电池提供了一种有效策略.     

平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展

高效低成本太阳电池的研发是太阳能光伏技术大规模推广应用的关键. 近年来兴起的有机- 无机杂化钙钛矿(以下简称钙钛矿)太阳电池因具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点, 引起了学术界和产业界的广泛关注, 具有广阔的发展前景. 其中平面异质结钙钛矿太阳电池因具有结构简单, 可低温制备等诸多优点, 成为目前研究的一个重要方向. 平面异质结钙钛矿太阳电池分为n-i-p型和p-i-n型两种结构. 其中钙钛矿分别与电子传输层和空穴传输层形成两个界面, 在这两个界面上实现电子和空穴的快速分离. 电子传输层和空穴传输层分别为电子和空穴提供了独立的输运通道. 平面异质结结构有利于钙钛矿太阳电池中电子和空穴的分离、传输和收集. 此外, 该结构不需要高温烧结的多孔结构氧化物骨架, 扩大了电子和空穴传输材料的选择范围. 可以根据钙钛矿材料的能带分布及载流子传输特性, 来选择能级和载流子传输速率更为匹配的传输材料. 本文对钙钛矿的材料特性, 平面异质结结构的由来及发展进行了简要的概述. 其中重点介绍了平面异质结钙钛矿太阳电池的结构特征、工作机理、钙钛矿/电荷传输层的界面特性, 以及电池性能的优化, 包括钙钛矿薄膜制备、空穴和电子传输层的优化等. 最后对钙钛矿电池的发展前景及存在问题进行了阐述, 为今后高效、稳定钙钛矿太阳电池的研究提供参考.     

在电子传输层中添加PVK提高钙钛矿太阳能电池的性能（英文）

为了探究PVK对倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池电子传输层的影响,向电子传输层PCBM中添加了一种富电子的聚乙烯基咔唑(PVK)。采用原子力显微镜、PL光谱对薄膜进行了表征。实验结果表明:少量PVK的添加提高了覆盖在钙钛矿薄膜上PCBM层的平整度。当PVK的添加质量分数为4%时得到最佳器件效率,相比于纯PCBM作为电子传输层的器件,器件效率由(5.11±0.14)%提升到(9.08±0.46)%。当PVK的添加质量分数大于4%时,粗糙度又趋于变大。PL光谱显示,少量PVK的加入使钙钛矿/电子传输层薄膜的PL强度降低,并使PL峰蓝移。研究表明:向PCBM中掺杂适量PVK能够改善钙钛矿/电子传输层/Al的界面接触,减少漏电流,并能够减少钙钛矿表面陷阱和晶界缺陷,减少电荷复合,从而提高了器件性能。     

高效无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池的制备与性能研究

碳基钙钛矿太阳能电池因稳定性高、成本低廉而备受关注,但由于钙钛矿与碳电极之间能级匹配度不高,界面阻力大而导致效率不及金属基钙钛矿太阳能电池.本文制备了碳基无空穴传输层FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CH₃NH₃PbI₃/Carbon电池结构.通过对介孔二氧化钛层、钙钛矿层厚度进行优化,并对钙钛矿的薄膜形貌及钙钛矿激发电子寿命、可见光吸收度、载流子的提取与分离等进行深度分析,讨论了电池效率提升的内在机理.当介孔氧化钛层和钙钛矿层达到最优厚度时,钙钛矿太阳能电池获得了开路电压（V_oc）为0.93 V、电流密度（J_sc）为21.75 mA/cm²、填充因子为55%、光电转化效率达到11.11%.同时对电池进行了稳定性研究,在室温湿度为40%–50%的条件下放置15 d电池性能依旧稳定保持原来的95%,优于金属基钙钛矿太阳能电池,从而为碳电极钙钛矿太阳能电池的商业化发展提供了可能.     

氧化锌纳米棒形貌控制及其在钙钛矿太阳能电池中作为电子传输层的应用

在钙钛矿电池中, ZnO纳米棒的垂直性是影响器件效率的关键因素. AZO(ZnO:Al)玻璃作为一种廉价的透明导电衬底,由于与ZnO纳米棒无晶格失配,有望获得最佳垂直性.然而目前在大气环境下,以AZO为衬底、ZnO纳米棒为电子传输层的钙钛矿太阳能电池还鲜有报道.本文通过水热法制备ZnO纳米棒作为电子传输层,系统研究不同条件对ZnO纳米棒的形貌及结晶性能的调控规律,分析其微观生长机理.并在此基础上于大气环境下制备太阳能电池,将以AZO为衬底在大气条件下制备的钙钛矿光伏器件的最佳效率从目前文献报道的7.0%提高到9.63%.这对丰富钙钛矿电池的设计思路及进一步降低成本具有重要意义.