适用于太阳能电池的新型无铅四元硫碘化物优异光电性能的第一性原理研究

有机-无机混合卤化钙钛矿因优异的光电性能和制备简易而受到了许多国内外科研人员关注。然而,有机-无机杂化卤化钙钛矿的稳定性不佳和铅的毒性限制了其商业应用。四元硫碘化物,由于ns²孤对阳离子和更强的金属-硫键,具有适当的带隙、高介电常数和良好的稳定性。本文提出了一种新的四元硫碘化物材料Ba₂BiS₂I₃以解决铅基钙钛矿所面临的稳定性和毒性问题。通过第一性原理计算,确定了该材料具有适当太阳能电池带隙、高介电常数、较小的有效质量和低激子结合能,有潜力成为新的优异光伏材料。此外,计算预测这些材料具有出色的光吸收性能。Ba₂BiS₂I₃的理论光谱极限最大效率超过28%。这项研究为无铅四元硫碘化物用于新的光伏材料提供了可能性。     

水杨酸的添加对全无机锡铅混合钙钛矿太阳能电池的影响

全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注,但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅,但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解,性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜,并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn²⁺氧化为Sn⁴⁺,达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL^-1增加至6 mg·mL^-1,器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现,当添加量为4 mg·mL^-1时,薄膜相稳定性最好,与不添加水杨酸的器件相比,其短路电流密度(J_sc)从14.7 mA·cm^-2显著提高至15.1 mA·cm^-2,光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外,最优器件在空气环境中存放5 d后,初始光电转换效率仍可保持原有效率的50％,进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。     

美研制出环保型钙钛矿太阳能电池

<正>美国西北大学的科学家研制出了环保型钙钛矿太阳能电池,其用锡钙钛矿代替铅(有毒)钙钛矿作为捕获太阳光的设备。新型太阳能电池不仅绿色、高效,且成本低廉,可以使用简单的"实验台"化学方法制造,不需要昂贵的设备或危险材料。研究发表在5月5日(北京时间)出版的《自然·光子学》杂志上。     

钙钛矿单晶的合成研究进展

钙钛矿材料优异的光电性能使钙钛矿太阳能电池成为目前发展速度最快的光伏技术之一。近期的研究发现无晶界的单晶钙钛矿薄膜拥有更低的缺陷密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命,并且还有较高的稳定性和更宽的光吸收范围,因此有望制备出更高效且更稳定的钙钛矿太阳能电池。本文简要介绍了单晶钙钛矿太阳电池的基本结构及其发展历程,着重介绍了有关单晶钙钛矿薄膜和块状单晶钙钛矿的制备方法,并且对不同方法制备的单晶钙钛矿太阳能电池的效率进行了比较,最后对单晶钙钛矿太阳能电池当前存在的问题以及未来发展进行了简要分析和展望。     

钙钛矿型无铅压电陶瓷研究进展及今后发展思考

高性能压电陶瓷具有战略的至关重要性和实际的不可替代性;高性能无铅压电陶瓷具有重大社会经济意义,已成为国际高技术新材料研究的前沿和热点之一。本文作者及其课题组,十多年来致力于钙钛矿型无铅压电陶瓷,特别是(Bi1/2Na1/2)TiO3(BNT)和(K1/2Na1/2)NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷及其应用的研究。本文主要基于作者课题组的研究,综合介绍BNT和KNN基无铅压电陶瓷的组分设计、相界结构及其与材料特性的关联、掺杂对陶瓷性质的影响及其机理、陶瓷的温度稳定性及影响机理、以及陶瓷合成制备新技术等方面的研究进展;概括总结了无铅压电陶瓷在器件上的应用。结合国际发展趋势,对钙钛矿型无铅压电陶瓷今后的研究和发展方向提出了自己的见解。     

钙钛矿太阳能电池中电子传输层现状研究

有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池(简称钙钛矿太阳能电池)的最高光电转换效率已经达到25.5%,是最有希望取代硅基太阳能电池并实现广泛应用的太阳能电池之一。作为钙钛矿太阳能电池的基本组成部分,电子传输层对电池的性能起着至关重要的作用。本文阐述了钙钛矿太阳能电池中电子传输层的种类、尺寸以及界面修饰等对器件性能的影响,为继续提升钙钛矿太阳能电池性能提供参考。     

倒置平面结构(p-i-n型)钙钛矿太阳能电池研究进展

自从2009年钙钛矿结构的材料首次应用到太阳能电池研究领域,由于其具有多方面优异的性能,在短短的几年内便得到了迅速的发展.目前,钙钛矿太阳能电池的最大光电转换效率已经达到了22.7;,且有进一步提升的趋势.相比于正置结构的钙钛矿太阳能电池,倒置平面结构的钙钛矿太阳能电池具有更低的成本和更简单的制备工艺,有望实现规模化应用.本文重点介绍了倒置结构钙钛矿太阳能电池的研究进展.首先介绍了钙钛矿太阳能电池的发展历程,然后详细介绍了倒置平面结构(p-i-n型)太阳能电池的结构和研究现状,最后总结了目前钙钛矿太阳能电池研究面临的几个亟需解决的问题,并对钙钛矿太阳能电池的研究和应用前景进行了展望.     

基于咔唑的新型空穴传输材料及其在PSC中的应用

为了开发新型的太阳能电池关键材料,合成了一种新的基于咔唑的小分子材料Cz-3Th,将其用作空穴传输材料(HTM)成功地应用到钙钛矿太阳能电池当中.这种新型的小分子材料两步反应即可合成,原料易得且成本较低.在使用低温溶液处理的SnO2纳米颗粒作为电子传输层的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池中,以Cz-3Th为空穴传输层,在100 mW/cm2 AM 1.5 G光照条件下获得0.75 V的开路电压(Voc),光电转化效率(PCE)为2.68;.因此,在未来趋势为环境友好和低成本效益的钙钛矿太阳能电池中Cz-3Th有很大发展潜力.     

基于P3HT空穴传输层的钙钛矿太阳能电池性能仿真研究

利用AMPS-1D软件对钙钛矿太阳能电池性能进行仿真.研究发现,当P3HT厚度500 nm时,钙钛矿太阳能电池的短路电流密度Jsc=18.995 mA/cm2,光电转换效率Ef=17.425;,填充因数FF=0.824,开路电压Voc=1.113 V.钙钛矿太阳能电池的光吸收层厚度为400 nm时,钙钛矿太阳能的光电转化效率最大.钙钛矿太阳能电池开路电压、短路电流密度、填充因数和光电转化效率等性能随着阴极材料功函数的增大而减.通过理论计算对制备高性能的太阳能电池具有指导性作用.     

钙钛矿太阳能电池中ZnO电子传输层应用进展

ZnO材料作为一种n型无机半导体材料,ZnO具有优异的电子传输特性、较高的透光性、高导电率、常温制备等优点,是钙钛矿太阳能电池中常见的电子传输层材料.本文简单的介绍ZnO的制备方法,详细的介绍了ZnO薄膜在钙钛矿太阳能电池中的应用.     

钝化剂乙酰水杨酸对钙钛矿太阳能电池性能影响的研究

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电性能和低廉的制备成本,成为目前光伏领域内的研究热点。然而,钙钛矿薄膜表面和晶界处存在大量缺陷,这易于导致载流子非辐射复合,并进而影响太阳能电池的光电转换效率。本工作通过在两步法制备钙钛矿的铅盐前驱液中引入钝化剂乙酰水杨酸(acetylsalicylic acid, ASA),利用吸收/光致发光光谱、扫描电镜和电学测试等技术手段研究了ASA分子对钙钛矿薄膜质量与器件性能的影响。结果表明:适量的ASA分子可以通过路易斯酸碱相互作用增大钙钛矿晶粒尺寸,并有效降低钙钛矿薄膜的缺陷密度;当ASA的浓度为2.5 mmol/L时,所制得的钙钛矿电池取得了19.83%的最高光电转换效率,明显高于对照器件的转换效率(17.47%)。本工作首次报道了ASA对钙钛矿薄膜缺陷的良好钝化效果,并为提高钙钛矿太阳能电池性能提供了一种简单有效的制备方法。     

钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性研究

近年来,有机-无机钙钛矿太阳能电池由于卓越的光电性能和极低的材料成本引起广泛关注,更被认作是一种前景广阔的光伏材料.目前,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经超过22;,展示了极大的发展潜力,但对紫外线辐射和水的长期稳定性差.因此,关于钙钛矿太阳能电池的研究主要集中在电池的高效性和稳定性.本文对提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性的多种方法进行综述,介绍了近期获得的突破,旨在为实现提高钙钛矿太阳能电池的高效性和稳定性提供基本依据.     

熔体法制备无机钙钛矿半导体核辐射探测晶体与器件的研究进展

钙钛矿材料在太阳能电池和光电探测等领域的快速发展,带动了其在核辐射探测领域的应用研究。钙钛矿晶体结构拥有多样化的结构容忍性,如何设计组分并挖掘材料的相关特性具有很大的科学挑战。其次,针对新型钙钛矿材料特性,需要根据应用场景来优化半导体器件设计,才能最大限度地发挥其辐射探测性能。鉴于此,本文从熔体法晶体生长及半导体器件设计等角度,探讨了不同维度钙钛矿结构的材料特性及辐射探测器件性能,以期为该材料在核辐射探测领域的发展提供参考。     

铅基卤化物钙钛矿太阳电池的模拟研究

多元硫化物Cd_0.5Zn_0.5S和氧化亚铜Cu₂O载流子迁移率较大,且其制作工艺相对于传统的电子传输层和空穴传输层更为简单,因此这两种材料在钙钛矿太阳电池中具有很好的应用潜力。本文利用SCAPS-1D软件对以Cu₂O和Cd_0.5Zn_0.5S为传输层、以铅基卤化物钙钛矿为吸收层的太阳电池进行模拟,主要研究了该器件的材料厚度、掺杂浓度、禁带宽度等因素对太阳电池性能的影响。结果表明:当光吸收层(CH₃NH₃PbI₃)厚度开始增大时电池性能逐渐提高,但是增大到一定厚度时,电池性能下降,光吸收层的最佳厚度为400 nm;当光吸收层的缺陷态密度小于1.0×10¹⁴ cm^-3时,缺陷态密度对电池性能的影响比较小;此外,铅基卤化物钙钛矿的禁带宽度对电池性能有重要影响,最佳禁带宽度为1.5 eV左右。通过模拟,得到了优化后的性能参数为:开路电压为1.010 V,短路电流密度为31.30 mA/cm²,填充因子为80.01%,电池转换效率为25.20%。因此,Cu₂O/CH₃ NH₃PbI₃/Cd_0.5Zn_0.5S钙钛矿太阳电池是一种很有发展潜力的光伏器件。     

柔性钙钛矿太阳能电池的研究进展

柔性钙钛矿太阳能电池因质轻、价廉的优点,有望实现大规模卷对卷应用生产和制成可穿戴移动式电源的目标,因而在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池研究领域占据着重要地位.目前该类电池的最高光电转换效率已超过16;.本文综述了近年以不同柔性基底材料制备的钙钛矿电池的研究进展,详细阐述了不同条件制备的电池各功能层及基底柔韧性对电池性能的影响,并探讨了未来柔性电池产业化面临的关键性问题,最后展望了柔性钙钛矿电池的发展趋势.     

钙钛矿型闪烁晶体的研究进展

闪烁晶体材料一般可用于X射线、γ射线、中子及其他高能粒子的探测。经过100多年的发展,以闪烁晶体为核心的探测和成像技术已经在核医学、高能物理、安全检查、工业无损探伤、空间物理及核探矿等方面得到了广泛的应用。随着人们对闪烁晶体材料进一步深入的研究和科技的发展,现今市面上较好的LaBr₃∶Ce等卤化物闪烁晶体由于生产成本过高、各向异性及脆性等缺点逐渐不能满足发展的需要,而钙钛矿型闪烁晶体材料由于其容易被改善的潮解性、低的生产成本、易于调整的生长条件以及良好的闪烁性能,逐步进入人们的视野。本文从晶体结构、性能、生长方法、发展趋势和应用前景等方面,着重介绍了ABX₃(A⁺为Cs⁺,B²⁺为部分碱土金属离子,X^-为非氟卤族元素离子)钙钛矿型闪烁晶体材料和K基钙钛矿结构闪烁晶体材料。最终,通过掺杂部分稀土元素和改善生长工艺等方法,即可得到光输出高、能量分辨率好,且成本较低、可广泛应用于市场的钙钛矿型闪烁晶体。