原子层沉积金属氧化物缓冲层制备高性能大面积钙钛矿太阳电池

研制具有较大活性面积的钙钛矿太阳电池对领域面向产业化的发展具有重要意义.当前,大面积钙钛矿太阳电池的性能与小面积钙钛矿太阳电池之间仍存在较大差距.本文提出一种在透明导电薄膜衬底上预先原子层沉积TiO₂薄层的策略,有效避免了衬底局部突起与钙钛矿吸光层直接接触导致的漏电现象,提升了小面积器件制备工艺的重复一致性.改善的电子输运和光管理过程也提高了小面积器件的效率.更重要的是,本文基于原子层沉积的TiO₂开展了0.5 cm²大面积钙钛矿太阳电池的研究,通过优化TiO₂层的厚度,研制出光电转换效率高达24.8%的冠军器件(第三方认证效率24.65%),器件的制备工艺也表现出较好的重复性.此外,原子层沉积了TiO₂缓冲层的电池器件在氮气氛围下存储1500 h后仍然能够保留初始性能的95%以上.总之,在粗糙衬底上预先原子层沉积TiO₂薄层可以有效抑制局部漏电通道的产生,有利于制备高性能的大面积钙钛矿太阳电池.     

高效钙钛矿太阳电池的研究进展

具有钙钛矿结构的新型光吸收材料CH3NH3PbX3被引入染料敏化太阳电池体系以后,电池效率取得重大突破,引发了科学界对钙钛矿太阳电池研究的极大兴趣。目前,为了进一步提高这种钙钛矿太阳电池的效率和深入理解其工作机理,太阳电池研究者们正在不断地工作和探索。文章简述了钙钛矿型化合物的基本性质,回溯了这种新型太阳电池的效率提升直至突破15%的研究历史,介绍了近期这一领域国内外研究组的一些重要工作,并对这种高效新型钙钛矿太阳电池的未来发展进行了展望。     

钙钛矿太阳电池中各功能层的光辐照稳定性研究进展

钙钛矿太阳电池简单的制备工艺、低廉的成本和优异的性能使其有望替代已产业化的硅太阳电池,革新现有能源供给结构,然而,钙钛矿太阳电池的稳定性差制约了其产业化进程,本文分别介绍了光辐照下,钙钛矿薄膜内部本征的离子迁移行为和由此产生的磁滞、荧光淬灭/增强和电池失效问题;以及典型的TiO2/钙钛矿界面的紫外光不稳定、空穴传输层和...     

新型碳材料在钙钛矿太阳电池中的应用研究进展

新型碳材料如石墨烯及其氧化物、碳纳米管、富勒烯及石墨炔等因其优异的热学、力学、电学、光学性能成为了钙钛矿太阳电池研究的又一亮点. 本文总结了新型碳材料在钙钛矿太阳电池对电极、电子传输材料及空穴传输材料中的研究进展, 新型碳材料的引入有效地提高了钙钛矿电池的性能, 为下一步新型碳材料的应用开发以及钙钛矿电池器件的研究提供了新的思路.     

钙钛矿太阳电池综述

基于有机-无机杂化钙钛矿材料(CH₃NH₃PbX₃)制备的太阳电池效率自2009年从3.8%增长到19.6%, 因其较高的光吸收系数, 较低的成本及易于制备等优势获得了广泛关注. 钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层, 还可用作电子和空穴传输层, 以此制备出不同结构的钙钛矿太阳电池: 介孔结构、介观超结构、平面结构、无HTM层结构和有机结构. 除此之外, 钙钛矿材料制备方法的多样性使其更具吸引力, 目前已有一步溶液法、两步连续沉积法、双源共蒸发法和溶液-气相沉积法. 本文主要介绍了钙钛矿太阳电池的发展历程、工作原理及钙钛矿薄膜的制备方法等. 详细阐述了电池每一层的具体作用和针对现有的钙钛矿结构各层材料的优化, 最后介绍了钙钛矿太阳电池所面临的问题和发展前景, 以期对钙钛矿太阳电池有进一步的了解, 为制备新型高效的钙钛矿太阳电池打下坚实的基础.     

高效率钙钛矿太阳电池发展中的关键问题

钙钛矿太阳电池的迅速发展为解决未来能源问题带来一线曙光. 但是, 钙钛矿太阳电池在高效率电池器件的可重现性、稳定性以及性能评估等方面还面临着很多问题, 严重制约其今后的发展. 本文综述了钙钛矿太阳电池面世以来发生的重要进展, 以及存在的几个关键性问题. 从器件基本结构和基本工作原理出发, 本文重点讨论了光吸收层的光谱和形貌等性质对器件性能和可重现性的影响, 阐明了电子传输层和空穴阻隔层的重要作用, 论述了空穴传输层的相关进展以及其对器件稳定性的影响. 通过对以上关键问题的讨论和总结, 本文对钙钛矿太阳电池未来的研究发展进行了展望.     

宽带隙钙钛矿材料及太阳电池的研究进展

金属卤化物钙钛矿太阳电池在近几年获得了巨大进展.目前单结钙钛矿太阳电池转化效率已经达到25.2%.经过带隙调整得到的1.63 e V及以上的宽带隙钙钛矿太阳电池是制备多结叠层太阳电池中顶部吸收层的最佳材料.除高效叠层太阳电池外,宽带隙钙钛矿在光伏建筑一体化以及光解水制氢等领域中也有着广阔的应用前景.然而这种钙钛矿薄膜本身缺陷较多,在光照下还容易发生卤素分离,这也是限制宽带隙钙钛矿太阳电池发展的关键因素.本文综述了目前宽带隙钙钛矿及太阳电池的发展现状,最后对其未来发展前景进行了展望.     

采用MoO_3阳极缓冲层的钙钛矿太阳能电池研究

采用热蒸发法沉积无毒、稳定、价廉的无机氧化物Mo O_3,将其作为钙钛矿电池的阳极缓冲层。结果表明,Mo O_3阳极缓冲层的引入有利于增强光吸收层到阳极的空穴提取效率,使电池的短路电流密度(J_(sc))和填充因子(FF)均有较大幅度提高,取得了9.96%的平均光电转换效率(PCE)。此外,实验发现,Mo O_3阳极缓冲层可以阻挡酸性的PEDOT∶PSS对ITO的腐蚀,有利于增强电池的稳定性。     

半透明钙钛矿太阳能电池活性层与电极层研究进展

半透明钙钛矿太阳能电池具备集采光及发电于一身的优点,在新能源汽车、建筑集成光伏系统等领域具有巨大的应用前景.光伏系统主要位于车顶或屋顶或开放区域,以实现最大程度地暴露在阳光下,半透明太阳能电池可以集成到车体或建筑物的侧面,达到最大限度地提高空间容量,扩大能源产量.但是,半透明钙钛矿太阳能电池如何在保证光电转换效率的同时...     

基于氧化镍背接触缓冲层碲化镉薄膜太阳电池的研究

采用电子束蒸发法制备了NiO薄膜,并对其作为碲化镉薄膜太阳电池背接触缓冲层材料进行了相关研究.NiO缓冲层的加入使得碲化镉太阳电池开路电压显著增大.通过X射线光电子能谱测试得到的NiO/CdTe界面能带图表明NiO和CdTe的能带匹配度很好.NiO是宽禁带P型半导体材料,在电池背接触处形成背场,减少了电子在背表面处的复合,从而提高电池开路电压.通过优化NiO薄膜厚度,制备得到转换效率为12.2%、开路电压为789 mV的碲化镉太阳电池.研究证实NiO是用来制备高转换效率、高稳定性碲化镉薄膜太阳电池的一种极有前景的缓冲层材料.     

MoO_3阳极缓冲层对有机太阳电池性能的影响

研究了MoO3阳极缓冲层对基于CuPc/C60异质结的有机小分子太阳电池器件性能的影响。发现:MoO3阳极缓冲层略微降低了器件的短路电流、开路电压及能量转换效率;MoO3阳极缓冲层提高了器件的整流比;具有MoO3阳极缓冲层的器件在持续光照条件下连续工作20min,其主要性能参数(如短路电流、开路电压、填充因子及能量转换效率)无明显衰减,而没有MoO3阳极缓冲层的对比器件在相同条件下连续工作20min,其能量转换效率衰减了大约45%。研究结果表明:MoO3阳极缓冲层明显提高了基于CuPc/C60异质结的有机小分子太阳电池器件的稳定性,可能的原因主要是MoO3阳极缓冲层改善了ITO阳极和CuPc界面,抑制了因持续光照连续工作引起的界面老化,从而提高了器件的稳定性。     

肖特基钙钛矿太阳电池结构设计与优化

有机-无机杂化钙钛矿材料有高吸收系数、低廉的制作成本以及较为简单的制备工艺,在近年来表现出良好的发展前景.本文采用wx-AMPS模拟软件对平面结构钙钛矿太阳电池和肖特基钙钛矿太阳电池进行建模仿真对比,从理论上分析无载流子传输层的肖特基钙钛矿太阳电池的优势.结果显示,器件两侧电极功函数和吸收层的能带分布是提高太阳电池效率的关键.在对电极使用Au(功函数为5.1 eV)的前提下,透明导电电极功函数为3.8 eV,可以得到肖特基钙钛矿太阳电池转换效率为17.93%.对器件模型吸收层进行优化,通过寻找合适的掺杂浓度,抑制缺陷密度,确定合适的厚度,可以获得理想的转换效率(20.01%),是平面异质结结构(理论转换效率31%)的63.84%.肖特基钙钛矿太阳电池在简单的器件结构下可以获得优异的光电性能,具有较好的应用潜力.     

钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池:光学模拟的研究进展

近几年,钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池发展迅速,效率已经从13.7％提升到29.1％.由于叠层电池器件的制作工艺复杂,而叠层太阳电池中的光学损失对转换效率的影响很大,所以通过光学模拟进而获得高效电池至关重要.本文首先从商业软件和自建模型两方面概述了光学模拟的方法,接着从反射损失和寄生吸收两方面针对光学模拟研究进展进行了总...     

锰基钙钛矿多层膜中的层间相互作用

本文采用直流磁控溅射方法在(100)取向的LaAlO3基片上制备了系列多层膜: La0.67Ca0.33MnO3-δ/La0.67Sr0.33MnO3-δ/La0.67Ca0.33MnO3-δ (LC/LS/LC).并采用标准四探针方法对所制备样品的阻温关系进行了测量. 结果表明:在零场下,当上下两层厚度一定时,随着中间层(LS)厚度增加,多层膜的电阻率减小,金属-绝缘体转变温度(TM-I)向高温方向移动.在中间层(LS)厚度保持一定时,随着上下两层(LC)厚度增加,其电阻率和金属-绝缘体转变温度(TM-I)出现同样的变化规律.基于双交换理论,我们对以上结果给出了尝试性解释.     

反式平面钙钛矿太阳电池的光学损失分析

实现高效率光伏器件的先决条件之一是入射光被吸光层有效吸收,因此系统分析钙钛矿光伏电池中的光学损失机制,优化吸光层的光吸收,对于提升效率十分重要。本文针对反式平面钙钛矿太阳电池,结合电池外量子效率(EQE)、薄膜光吸收特性和理论模拟,对比研究钙钛矿吸光层和[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PCBM)界面层厚度变化对光生电流的影响。研究结果显示,除了寄生吸收以外,界面层对光场的调节可以影响器件中吸光层的光吸收。模拟结果显示,660 nm的钙钛矿薄膜和40 nm的PCBM薄膜可作为优化的选择,其对应积分电流为24.93 mA/cm²。本文还探究了PbI₂层的加入对钙钛矿吸光层吸收特性的影响,结果显示PbI₂聚集在钙钛矿层靠入射光侧时会导致显著的光学损失,而PbI₂聚集在钙钛矿层靠背电极一侧时,则影响相对较小。     

试谈缓冲层在胶合中的应用

用661号环氧树脂胶将棱镜胶合在金属底座上象质总是不好。造成象质不好的原因是由于胶合件存在下列两种应力:1.玻璃和金属底座(普通钢)之间因温度变化而产生的热应力;2.胶层聚合产生的聚合应力。为减少这些应力,改善象质,我们在玻璃和金属底座之间衬以尼龙丝或绸子的缓冲层,试验的效果较好。除象质检验合格外,我们还做了拉力对比试验。两种试件各取6件,一种是胶有缓冲层的,另一种没有缓冲层。试验发现,胶有缓冲层的零件(φ20)最大平均拉力106公斤/厘米~2。无缓冲层的零件(φ20胶最大平均拉     

低速p/i界面缓冲层对高速沉积微晶硅太阳电池性能的影响

在采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术高速沉积微晶硅(μc-Si：H)太阳电池过程中,产生的高能离子对薄膜表面的轰击作用会降低薄膜质量和破坏p型掺杂层(p层)与本征层(i层)之间的界面特性.针对该问题提出在电池中引入低速沉积的p/i界面层的方法,即在p层上先低速沉积一薄层本征μc-Si：H薄膜,然后再高速沉积本征μc-Si：H薄膜.实验结果表明,引入低速方法沉积的界面层有效地提高了p/i界面特性和i层微结构的纵向均匀性,而随界面层厚度的增加,i层中的缺陷态先降低后增加, 关键词： μc-Si：H太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积 p/i界面层     

柔性钙钛矿发光二极管研究进展

钙钛矿发光二极管（PeLEDs）以其优异的光电性能和简单的制备工艺,成为柔性可穿戴电子产品及照明和显示领域的潜在候选者。然而,以高性能、高柔性和新兴应用为目标的柔性钙钛矿发光二极管（FPeLEDs）的发展仍面临许多挑战。本文主要介绍了近年来FPeLEDs领域的相关研究工作以及各功能层的优化方法,总结了目前该领域发展面临的主要问题,并对其未来的发展进行展望,有望为未来FPeLEDs在新兴领域中的开发应用提供系统的理解和有价值的启发。     

基于等效电路模型的钙钛矿太阳电池效率损失机理分析

理解并量化影响钙钛矿太阳电池效率的因素,对研发高性能器件尤为重要.目前,太阳电池普遍认可的三大损失为光学损失、欧姆损失和非辐射复合损失.其中,非辐射复合包括体复合和表面复合,已被证明是制约电池效率提升的决定性因素.本文提出了一种分析电池伏安特性曲线的等效电路模型,能对上述损失机制进行全面描述,并通过与漂移-扩散模型及实...     

用碳酸二乙酯改善平面钙钛矿太阳电池的制备及性能

反溶剂辅助结晶(ASAC)的方法已经广泛应用于制备钙钛矿太阳电池(PSC),常用的反溶剂氯苯(CB)、甲苯(TL)等溶剂具有高毒性,会损害人体健康并且对环境有严重危害,业界急需寻求一种低毒、环境友好型的试剂替代CB等高毒性试剂作为反溶剂.碳酸二乙酯(DEC)具有和CB类似的溶剂特性.采用DEC制备的倒置平面钙钛矿太阳能电池(PSCs),其功率转换效率(PCE)达13.8%,优于氯苯基PSCs的13.1%.与CB相比,DEC制备的钙钛矿薄膜质量更高,载流子复合率更低,器件性能更好.这为大气环境下制备钙钛矿太阳电池的工艺提供了可能性.