锡基钙钛矿太阳电池光吸收材料

钙钛矿太阳电池以其优异的光吸收特性、载流子传输能力以及简单的制备工艺,成为太阳电池领域研究的热点。高效、无污染、低成本一直是太阳电池领域追求的目标。然而,传统钙钛矿太阳电池由于其光吸收材料中含重金属元素铅,对环境有较大影响,从而限制了此类钙钛矿太阳电池的进一步商业化应用。基于此,科学家们都在致力于寻找新的无铅钙钛矿材料。在众多无铅钙钛矿材料中,锡基钙钛矿材料由于其相对较小的毒性、合适的带隙以及相应器件具有较高的能量转换效率等优点,成为最有希望应用于钙钛矿太阳电池的替代材料。然而,锡基钙钛矿太阳电池也存在一些弱点,其能量转换效率和器件稳定性相较于铅基钙钛矿太阳电池仍然存在很大差距,器件制备过程中对空气十分敏感。为了更好地解决这些问题,对锡基钙钛矿材料及器件性能的各种影响因素进行系统地研究势在必行。文章分类介绍了各类锡基钙钛矿材料及其在太阳电池中的应用,包括有机-无机杂化锡基钙钛矿材料,锡铅混合钙钛矿材料和全无机锡基钙钛矿材料,综述了锡基钙钛矿材料及其相应器件性能的最新研究进展,并且讨论了影响器件性能的各项因素,最后对锡基钙钛矿太阳电池未来的发展做出了展望。     

锡基钙钛矿太阳能电池研究进展

自2009年以来,有机-无机卤化物钙钛矿因其独特的光学和电学性能,在光电材料领域受到了广泛的研究,尤其是Pb基的卤化物钙钛矿太阳能电池,目前光电转换效率高达创纪录的约25.2%,显示出强大的商业化潜力。然而,Pb元素的毒性及因而导致的环境隐患问题,一直是其产业化过程中的顾虑之一。因此,寻求能替代Pb的环境友好的元素,是一个十分重要的课题。Pb基钙钛矿材料优异的光电特性来源于Pb²⁺的最外层6s2孤对电子,与Pb元素同主族的Sn元素能够形成三维钙钛矿结构且同样具有惰性5s2外层电子结构,因而是替代Pb的首选。本文系统地介绍了Sn基钙钛矿的光学和电学性质,并从薄膜制备方法和不同的器件结构方面介绍Sn基钙钛矿太阳能电池的最新进展。     

铋基钙钛矿(CH3NH3)3Bi2I9薄膜的制备及在光伏电池中的应用

铋基钙钛矿由于稳定性强及毒性低,被认为是未来极具发展潜力的环保型钙钛矿材料。(CH₃NH₃)₃Bi₂I₉(MBI)因具有优异的光吸收性能而引起人们的普遍关注。本文介绍了MBI钙钛矿晶体的结构及性能,总结了其薄膜的制备方法,并重点叙述了不同方法制备的MBI钙钛矿薄膜在光伏电池中的应用情况。MBI钙钛矿与铅基钙钛矿的效率相比还有很大差距,如何提高其光电转换效率仍是今后研究的主要方向。     

反式钙钛矿电池超薄空穴传输层研究进展

空穴传输层(HTLs)厚度对反式钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能具有重大影响,因其显著影响太阳光透过和HTLs的空穴传输性能。几个纳米至十几个纳米厚度的超薄HTLs在减少伴生吸收、电荷传输损失和材料消耗等方面具有明显优势。目前,有许多成熟的制备超薄无机HTLs的方法,并在反式和叠层PSCs中得到广泛研究与应用。最近,一些关于有机超薄HTLs的新型制备方法也展现出良好的性能并逐渐引起相关领域研究者关注。在此,本文主要总结反式PSCs中超薄HTLs的研究进展与应用,关注其未来发展的挑战和方向,为该领域进一步的研究提供参考。     

钙钛矿光伏电池封装材料与工艺研究进展

钙钛矿太阳能电池作为第3代新概念太阳能电池,具有高光电转换效率、低成本和可柔性加工等优点,近年来发展迅速,其光电转换效率从一开始的3.8%增长到近期的25.5%,逐渐比肩硅电池,已接近商业化应用水平。目前,实现钙钛矿太阳能电池产业应用的关键环节在于电池封装,它不仅可以解决钙钛矿光伏器件稳定性问题,还可以实现电池安全、环保和延长使用寿命等要求。结合近十几年来钙钛矿光伏电池封装材料和封装工艺两方面的发展现状,文中介绍了钙钛矿电池封装领域取得的成果和存在的不足,讨论了目前现有封装技术的优缺点,以及它们适用的不同器件类型。着重在不同温度湿度条件下,比较了不同封装材料性能、封装工艺条件对钙钛矿电池效率及稳定性的影响,归纳出影响钙钛矿电池薄膜封装效果的3个关键因素： 聚合物的弹性模量、水蒸气透过率、加工温度。比较了不同聚合物薄膜封装材料适宜的加工温度、优缺点及加工成本。可以看出,随着钙钛矿光伏电池工业化需求的强烈增长和人们对其封装材料研究的不断深入,研究适合大面积生产和光伏建筑一体化的新型功能聚合物封装材料将是必然趋势。     

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...     

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.     

钙钛矿光伏电池的非辐射复合损耗及调控策略

基于金属卤化物的钙钛矿光伏电池(PSCs)具有较大的光吸收系数、长的载流子扩散距离以及较低的制备成本等优势,在过去十几年来得到了研究者的广泛关注,目前最高光电转换效率(PCE)已经达到25.5%。然而,由于载流子运输过程中存在各类非辐射复合损耗,器件的PCE仍然低于肖克利-奎伊瑟理论极限。本文围绕PSCs的结构与工作原理,着重综述了器件工作过程中常见的非辐射复合方式,具体包括缺陷辅助复合、界面诱导复合、俄歇复合和带尾复合等,这些复合方式作为影响器件效率与工作稳定性的重要因素,受到研究者的广泛关注。结合最新的研究进展,从减小钙钛矿晶体缺陷、钝化晶界缺陷、钝化表面缺陷、优化能级结构等四个方面总结概括了降低非辐射复合的常用措施和策略。最后,对PSCs的非辐射复合调控前景进行了展望。     

二维钙钛矿光伏器件

有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)由于其成本低廉、制备工艺简单、光电转换率高等优点引起了越来越多的关注,在下一代半导体光伏技术中显示出巨大的发展潜力。然而PSCs器件在商业化生产应用之前,必须解决某些关键问题,例如器件在湿度、光照和过热条件下缺乏稳定性,性能会急剧衰退。层状二维(two-dimensional, 2D)钙钛矿由于其优异的环境稳定性而受到研究人员的广泛关注。通过引入不同种类的疏水性大体积有机铵阳离子可以在钙钛矿体内形成稳定的2D结构。然而,由于绝缘有机间隔阳离子的存在,使其电荷输运能力受阻并影响光电转换性能。本文根据不同种类2D钙钛矿光伏器件的发展进程,总结了影响2D钙钛矿结构和性能的关键问题,如晶体垂直取向设计、量子阱调控和有机层间隔阳离子替换工程等。最后对2D PSCs的未来发展进行展望。     

钙钛矿型太阳能电池制备工艺及稳定性研究进展

有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池因其简单的制备工艺,低廉的制造成本,优异的光电转换效率,成为光伏领域的研究热点。钙钛矿光吸收材料具有消光系数高、载流子迁移率高、载流子寿命长、带隙可调控等优点。短短几年内,钙钛矿型太阳能电池的效率从最初的3.8%提高到22.1%。目前,为了获得稳定高效的钙钛矿型太阳能电池,主要有以下几个研究思路:新型器件结构设计;结构功能层的材料形貌设计;结构各功能层间的界面修饰;空穴传输材料的选择;对电极的选择。本文通过文献综述,在回顾了国内外研究者对钙钛矿型太阳能电池的研究历程的基础上,介绍了钙钛矿型太阳能电池的结构和工作原理,重点总结了电子传输层和钙钛矿层的制备工艺及优化,并讨论了钙钛矿型太阳能电池的稳定性以及展望了其商业化的前景。     

钙钛矿型太阳能电池制备工艺及稳定性研究进展

有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池因其简单的制备工艺,低廉的制造成本,优异的光电转换效率,成为光伏领域的研究热点。钙钛矿光吸收材料具有消光系数高、载流子迁移率高、载流子寿命长、带隙可调控等优点。短短几年内,钙钛矿型太阳能电池的效率从最初的3.8%提高到22.1%。目前,为了获得稳定高效的钙钛矿型太阳能电池,主要有以下几个研究思路：新型器件结构设计;结构功能层的材料形貌设计;结构各功能层间的界面修饰;空穴传输材料的选择;对电极的选择。本文通过文献综述,在回顾了国内外研究者对钙钛矿型太阳能电池的研究历程的基础上,介绍了钙钛矿型太阳能电池的结构和工作原理,重点总结了电子传输层和钙钛矿层的制备工艺及优化,并讨论了钙钛矿型太阳能电池的稳定性以及展望了其商业化的前景。     

大面积钙钛矿太阳能电池

近年来,钙钛矿太阳能电池因其高效、低成本、可制成柔性器件等突出优点在光伏研究领域备受关注。本文系统综述了大面积钙钛矿电池的最新研究进展,介绍了钙钛矿太阳能电池的结构特点、发展历史、钙钛矿薄膜的主要制备技术及改善的方法等,讨论了大面积钙钛矿太阳能电池目前存在的问题、提高大面积器件效率的方法及大面积钙钛矿太阳能电池的应用研究及工业化。最后,对大面积钙钛矿太阳能电池的应用前景进行了展望。     

钙钛矿太阳能电池:器件设计和I-V滞回现象

基于染料敏化太阳能电池发展起来的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池经过不到5年的快速发展, 光电转换效率从最初的3.8%提高到了经过认证的17.9%. 但是常用结构的钙钛矿太阳能电池在性能测试过程中的电流-电压(I-V)曲线会随着测试器件扫描方向的不同而明显不同. 该现象被称为I-V滞回现象. 进一步研究发现I-V曲线还与扫描速度、起始测试的偏压值和光照历史明显相关. 本工作结合不同的器件构造, 就可能造成这种I-V滞回现象的不同原因进行了总结和分析, 并对如何获得可靠的光电转换效率的测试方法进行了评述.     

B-Site Co-Alloying with Germanium Improves the Efficiency and Stability of All-Inorganic Tin-Based Perovskite Nanocrystal Solar Cells

Colloidal lead-free perovskite nanocrystals have recently received extensive attention because of their facile synthesis, the outstanding size-tunable optoelectronic properties, and less or no toxicity in their commercial applications. Tin (Sn) has so far led to the most efficient lead-free solar cells, yet showing highly unstable characteristics in ambient conditions. Here, we propose the synthesis of all-inorganic mixture Sn-Ge perovskite nanocrystals, demonstrating the role of Ge²⁺ in stabilizing Sn²⁺ cation while enhancing the optical and photophysical properties. The partial replacement of Sn atoms by Ge atoms in the nanostructures effectively fills the high density of Sn vacancies, reducing the surface traps and leading to a longer excitonic lifetime and increased photoluminescence quantum yield. The resultant Sn-Ge nanocrystals-based devices show the highest efficiency of 4.9 %, enhanced by nearly 60 % compared to that of pure Sn nanocrystals-based devices.     

In Quest of Environmentally Stable Perovskite Solar Cells: A Perspective

Inorganic-organic halide perovskites pose a once-in-a-generation opportunity to revolutionize photovoltaic technology as they are excellent semiconductor candidates with a combination of many desirable attributes. Specifically, halide perovskite solar cells with extremely high device efficiency are easily fabricated and present great promise for commercialization in the near future. However, their non-ideal environmental stability under real operating conditions can limit their further development. Both the academic and industrial research communities have been devoting considerable effort to overcome this critical deficiency through material and device engineering. Significant progress has been reported in this direction, and in this perspective, we review the recent strategies that promise to improve solar cell stability focusing on two interwoven topics. The first one is the development of environmentally stable semiconductor materials, while the second one is dedicated to the reported progress in improving solar cell device stability. Although, the currently adopted methods have not resolved the above problems, yet they build a foundation of principles for future advances to overcome them. In this regard, we believe commercial perovskite-related photovoltaics might indeed be on the horizon, not only replacing the currently commercially available ones, but also improving them.     

Stability of Perovskite Solar Cells: A Prospective on the Substitution of the A Cation and X Anion

In recent years, organometal trihalide perovskites have emerged as promising materials for low‐cost, flexible, and highly efficient solar cells. Despite their processing advantages, before the technology can be commercialized the poor stability of the organic–inorganic hybrid perovskite materials with regard to humidity, heat, light, and oxygen has be to overcome. Herein, we distill the current state‐of‐the‐art and highlight recent advances in improving the chemical stability of perovskite materials by substitution of the A‐cation and X‐anion. Our hope is to pave the way for the rational design of perovskite materials to realize perovskite solar cells with unprecedented improvement in stability.     

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.