化学水浴法制备大面积CdS薄膜及其光伏应用

采用化学水浴法制备了大面积CdS多晶薄膜,研究了薄膜的形貌、结构和光学性质,结果表明,大面积CdS多晶薄膜具有良好的均匀性,通过优化CdS多晶薄膜,制成了不同CdS窗口层厚度的CdTe小面积太阳电池,减薄CdS薄膜可有效提高器件的短路电流,改善器件性能.随后,在面积30cm×40cm的衬底上制备了全面积为993.6cm²的CdTe太阳电池组件,其27个集成单元的电学性质较为均匀,太阳电池组件的光电转换效率8.13%. 关键词： 化学水浴法(CBD) CdS薄膜 CdTe太阳电池 CdTe太阳电池组件     

双电子传输层结构硫硒化锑太阳电池的界面特性优化

硫硒化锑薄膜太阳电池因其制备方法简单、原材料丰富无毒、光电性质稳定等优点,成为了光伏领域的研究热点.经过近几年的发展,硫硒化锑太阳电池的光电转换效率已经突破10%,极具发展潜力.本文针对硫硒化锑太阳电池中n/i界面引起的载流子复合进行了深入研究.发现硫硒化锑太阳电池的界面特性会受到界面电子迁移能力和能带结构两方面的影响.界面电子迁移率的提高能使电子更有效地传输至电子传输层,实现器件短路电流密度和填充因子的有效提升.在此基础上,引入ZnO/Zn_1-xMg_xO双电子传输层结构能够进一步优化硫硒化锑太阳电池性能.其中,Zn_1-xMg_xO能级位置的改变可以同时调节界面和吸光层的能级分布,在Zn_1-xMg_xO导带能级为-4.2 eV,对应Mg含量为20%时,抑制载流子复合的效果最为明显,硫硒化锑太阳电池也获得了最佳的器件性能.在去除缺陷态的理想情况下,双电子传输层结构硫硒化锑太阳电池在600 nm厚时获得了20.77%的理论光电转换效率,该研究结果为硫硒化锑太阳电池...     

Ag-ZnO混合薄膜在聚合物太阳能电池中的应用

采用旋涂法研制了Ag浆SC100-ZnO混合薄膜,系统研究了不同混合比例SC100∶ZnO薄膜作为电子传输层或光散射层对聚合物太阳能电池器件性能的影响,并讨论了其中存在的物理机制。研究发现,采用少量SC100(1%和2.5%)混合的薄膜作为光散射层,可以提高器件的性能参数(短路电流密度和填充因子),器件的光电转换效率分别提高了4.4%和5%。     

ZnS/CdS复合窗口层对CdTe太阳能电池短波光谱响应的影响

采用磁控溅射法制备了ZnS/CdS复合窗口层,并将其应用于CdTe太阳能电池。对所制备薄膜的形貌和结构等进行了研究。测试了具有不同窗口层的CdTe太阳电池的量子效率和光Ⅰ-Ⅴ特性,分析了ZnS薄膜制备条件对CdTe电池器件性能影响;研究了CdS薄膜厚度和ZnS/CdS复合窗口层对短波区透过率以及CdTe太阳电池的光谱响应的影响。着重研究了具有ZnS/CdS复合窗口层的CdTe太阳电池的短波光谱响应。结果表明,CdS窗口层厚度从100 nm减至50 nm后,其对短波区光子透过率平均提高了18.3%,CdTe太阳电池短波区光谱响应平均提高了27.6%。衬底温度250 ℃条件下制备的ZnS晶粒尺寸小于室温下制备的ZnS。具有ZnS/CdS复合窗口层的CdTe电池中,采用衬底温度250 ℃沉积ZnS薄膜来制备窗口层的电池器件,其性能要优于室温下沉积ZnS制备窗口层的电池器件。这说明晶粒尺寸的大小对电子输运有一定影响。在相同厚度CdS的前提下,具有ZnS/CdS复合窗口层的CdTe电池比具有CdS窗口层在短波的光谱响应提高了约2%。这说明ZnS/CdS复合窗口层能够做到减少对短波光子的吸收,从而使更多的光子被CdTe电池的吸收层吸收。     

基于一种简单的光退火方法的高效倒置型聚合物太阳电池

介绍了一种简单的光退火提高倒置型聚合物太阳电池效率的方法。通过采用易于溶液加工的Cs2CO3作为电子传输层,在光退火15 min之后,器件的光电转换效率达到了8.35%,其中短路电流密度为15.8 mA/cm2,开路电压为0.76 V,填充因子为69.5%。该填充因子是目前基于PTB7聚合物太阳电池的最高填充因子。X射线光电子能谱结果显示,Cs2CO3在光退火的过程中转变为了Cs2O与CO2。为了验证该机制,采用不同辐照时间的Cs2CO3作为电子传输层,所得到的光伏器件的效率几乎与光退火时相同。此外,通过真空热蒸发Cs2CO3作为电子传输层,也几乎得到了和光退火条件下同样的光电转换效率。上述结论证明光退火是一种非常有效的、简单的提高聚合太阳电池效率的方法。     

具有高阻抗本征SnO2过渡层的CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池

采用超声喷雾热解法制备了具有高阻抗的本征SnO2透明导电膜,将其运用在CdS层减薄了的CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池中,对减薄后的CdS薄膜进行了XRD,AFM图谱分析,并对电池进行了光、暗I-V,光谱响应和C-V测试.结果表明,在高阻膜上沉积的减薄CdS薄膜(111)取向更明显,但易形成微孔.引入高阻层后,能消除CdS微孔形成的微小漏电通道,有效保护p-n结,改善了电池的并联电阻、填充因子和短波响应,使载流子浓度增加,暗饱和电流密度减小,从而电池性能得到改善,电池转换效率增加了14.4%.     

具有高阻抗本征SnO2过渡层的CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池

采用超声喷雾热解法制备了具有高阻抗的本征SnO₂透明导电膜，将其运用在CdS层减薄了的CdS/CdTe多晶薄膜太阳电池中，对减薄后的CdS薄膜进行了XRD,AFM图谱分析，并对电池进行了光、暗I-V，光谱响应和C-V测试.结果表明，在高阻膜上沉积的减薄CdS薄膜(111)取向更明显，但易形成微孔.引入高阻层后，能消除CdS微孔形成的微小漏电通道，有效保护p-n结，改善了电池的并联电阻、填充因子和短波响应，使载流子浓度增加，暗饱和电流密度减小，从而电池性能得到改善，电池转换效率增加了14.4%. 关键词： CdTe电池 过渡层 效率     

P-I-N型锡铅钙钛矿太阳电池性能的限制因素及解决策略

锡铅钙钛矿太阳电池已被证明可以用于全钙钛矿叠层太阳电池中,作为窄带隙底电池进一步提高器件光电转换效率.目前, P-I-N型锡铅钙钛矿太阳电池的最高效率为21.7%,明显低于铅基钙钛矿太阳电池.本文分析了限制其性能提高的主要因素,并针对性地总结了近几年研究工作者们提出的有效解决策略,主要包括:1)通过添加富锡化合物、强还原剂或含大的有机阳离子的化合物以抑制Sn~(2+)氧化,减少锡铅钙钛矿材料p型掺杂程度,降低电池开路电压损耗; 2)通过调控组分、改变钙钛矿薄膜制备方法、溶剂工程或添加含功能性基团的化合物以延缓锡铅钙钛矿薄膜结晶生长速率,提高薄膜质量; 3)通过选用合适的电子传输层或空穴传输层,减少能级失配对载流子传输的影响或避免载流子传输层的本身不稳定性对器件的影响.最后,本文展望了锡铅钙钛矿太阳电池的未来发展,认为其不仅有望实现高效稳定的单结太阳电池,而且还可以应用于高效全钙钛矿叠层太阳电池.     

PTCDI-C_8作为阴极修饰层提高钙钛矿太阳能电池的性能（英文）

采用N,N'-二正辛烷基-3,4,9,10-苝四甲酰二亚胺(PTCDI-C8)对钙钛矿电池电子传输层(PCBM)进行界面修饰以减少PCBM与Al电极之间的漏电流,提高阴极的电子收集效率。通过调节PTCDI-C8薄膜的厚度优化界面接触和电子传输性能。实验结果表明:当PTCDI-C8薄膜的厚度为20 nm时得到的器件性能最优。光电转换效率(PCE)由5.26%提高到了8.65%,开路电压(Voc)为0.92 V,短路电流(Jsc)为15.68 m A/cm2,填充因子(FF)为60%。PTCDI-C8能够有效阻挡空穴向阴极传输,同时PTCDI-C8具有较高的电子迁移率以及较高的稳定性,在增加电子传输的同时,可减少环境对PCBM的侵蚀,提高了器件的稳定性。     

n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-Cu2ZnSnS4太阳能电池光伏特性的分析

具有高光吸收系数的半导体Cu₂ZnSnS₄ (CZTS)薄膜是一种新型太阳能电池材料. 本文对n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS结构的CZTS薄膜太阳能电池进行分析, 讨论CZTS薄膜的掺杂浓度、厚度、缺陷态和CdS薄膜的掺杂浓度、 厚度对太阳能电池转换效率的影响以及太阳能电池的温度特性. 分析表明, CZTS薄膜作为太阳能电池的主要光吸收层, CZTS薄膜的掺杂浓度和厚度的取值对太阳能电池的转换效率有显著影响, CZTS薄膜结构缺陷态的存在会导致太阳能电池性能的下降. CdS缓冲层的掺杂浓度、厚度对太阳能电池光伏特性的影响较小. 经结构参数优化得到的n-ZnO:Al/i-ZnO/n-CdS/p-CZTS薄膜太阳能电池的最佳光 伏特性为开路电压1.127 V、短路电流密度27.39 mA/cm²、填充因子87.5%、 转换效率27.02%,转换效率温度系数为-0.14%/K.     

新型硒化锑材料及其光伏器件研究进展

硒化锑(Sb₂Se₃)是一种二元单相化合物, 原料储量大、毒性低、价格便宜; 同时其禁带宽度合适(～1.15 eV), 吸光系数大(>10⁵ cm^-1), 长晶温度低, 非常适合制作新型低成本低毒的薄膜太阳能电池, 理论光电转换效率可达30%以上. 目前文献报道的Sb₂Se₃薄膜太阳能电池效率已达3.7%, 初步证明了Sb₂Se₃材料在薄膜太阳能电池应用方面的巨大潜力. 本文综述了近年来Sb₂Se₃太阳能电池的研究进展, 着重介绍了Sb₂Se₃的材料特性和薄膜制备及相关理论研究, 阐述了不同结构电池器件的研究进展, 并对其发展趋势进行了展望.     

First-principles calculations of nitrogen-doped antimony triselenide: A prospective material for solar cells and infrared optoelectronic devices

This study is focused on calculation of the electronic structure and optical properties of non-metal doped Sb2Se3 using the first-principles method. One and two N atoms are introduced to Sb and Se sites in a Sb₂Se₃ crystal. When one and two N atoms are introduced into the Sb₂Se₃ lattice at Sb sites, the electronic structure shows that the doping significantly modifies the bandgap of Sb₂Se₃ from 1.11 eV to 0.787 and 0.685 eV, respectively. When N atoms are introduced to Se sites, the material shows a metallic behavior. The static dielectric constants ε1(0) for Sb₁₆Se₂₄, Sb₁₅N₁Se₂₄, Sb₁₄N₂Se₂₄, Sb₁₆Se₂₃N₁, and Sb₁₆Se₂₂N₂ are 14.84, 15.54, 15.02, 18.9, and 39.29, respectively. The calculated values of the refractive index n(0) for Sb₁₆Se₂₄, Sb₁₅N₁Se₂₄, Sb₁₄N₂Se₂₄, Sb₁₆Se₂₃N₁, and Sb₁₆Se₂₂N₂ are 3.83, 3.92, 3.86, 4.33, and 6.21, respectively. The optical absorbance and optical conductivity curves of the crystal for N-doping at Sb sites show a significant redshift towards the short-wave infrared spectral region as compared to N-doping at Se sites. The modulation of the static refractive index and static dielectric constant is mainly dependent on the doping level. The optical properties and bandgap narrowing effect suggest that the N-doped Sb₂Se₃is a promising new semiconductor and can be a replacement for GaSb due to its very similar bandgap and low cost.     

An n—n type heterojunction enabling highly efficientcarrier separation in inorganic solar cells

Carrier separation in a solar cell usually relies on the p—n junction. Here we show that an n—n type inorganic semiconductor heterojunction is also able to separate the exciton for efficient solar cell applications. The n—n type heterojunction was formed by hydrothermal deposition of Sb₂(S,Se)₃ and thermal evaporation of Sb₂Se₃. We found that the n—n junction is able to enhance the carrier separation by the formation of an electric field, reduce the interfacial recombination and generate optimized band alignment. The device based on this n—n junction shows 2.89% net efficiency improvement to 7.75% when compared with the device consisted of semiconductor absorber—metal contact. The study in the n—n type solar cell is expected to bring about more versatile materials utility, new interfacial engineering strategy and fundamental findings in the photovoltaic energy conversion process.     

Device simulation of lead-free CH_3NH_3SnI_3 perovskite solar cells with high efficiency

The lead-free perovskite solar cells(PSCs) have drawn a great deal of research interest due to the Pb toxicity of the lead halide perovskite.CH_3NH_3SnI_3 is a viable alternative to CH_3NH_3PbX_3,because it has a narrower band gap of 1.3 eV and a wider visible absorption spectrum than the lead halide perovskite.The progress of fabricating tin iodide PSCs with good stability has stimulated the studies of these CH_3NH_3SnI_3 based cells greatly.In the paper,we study the influences of various parameters on the solar cell performance through theoretical analysis and device simulation.It is found in the simulation that the solar cell performance can be improved to some extent by adjusting the doping concentration of the perovskite absorption layer and the electron affinity of the buffer and HTM,while the reduction of the defect density of the perovskite absorption layer significantly improves the cell performance.By further optimizing the parameters of the doping concentration(1.3 × 10~(16) cm~3) and the defect density(1 × 10~(15) cm~3) of perovskite absorption layer,and the electron affinity of buffer(4.0 eV) and HTM(2.6 eV),we finally obtain some encouraging results of the J_(sc) of 31.59 mA/cm~2,V_(oc) of 0.92 V,FF of 79.99%,and PCE of 23.36%.The results show that the lead-free CH_3NH_3SnI_3 PSC is a potential environmentally friendly solar cell with high efficiency.Improving the Sn~(2+) stability and reducing the defect density of CH_3NH_3SnI_3 are key issues for the future research,which can be solved by improving the fabrication and encapsulation process of the cell.     

Bi4Se3薄膜的声子结构及电声子相互作用的第一性原理研究

基于密度泛函微扰理论,运用第一性原理研究两种终结面的Bi₄Se₃薄膜的声子结构和电-声子相互作用.结果表明两种终结面的Bi₄Se₃薄膜体系都是动力学稳定的. Bi₄Se₃薄膜中插入的Bi₂双原子层与Bi₂Se₃五原子层的声子投影态密度并不完全匹配,这会阻碍部分声子的输运,降低热导,从而有利于提高材料的热电性能.另外,两种终结面的Bi₄Se₃薄膜的电-声子耦合系数都不太大（约0.278）,有利于制备基于室温工作的电子学器件.     

基于Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层的倒置聚合物太阳能电池的研究

采用旋涂Al_2O_3前驱体溶液和低温退火的方法在活性层上形成Al_2O_3薄膜,并与MoO_3结合形成Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层,制备了以聚3-己基噻吩:[6.6]-苯基-C_(61)-丁酸甲酯(P3HT:PC_(61)BM)为活性层的倒置聚合物太阳能电池,并通过改变Al_2O_3前驱体溶液的浓度来分析复合阳极缓冲层对器件性能的影响.结果发现,Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层能有效调控倒置聚合物太阳能电池的光电性能及其稳定性.当Al_2O_3前驱体溶液的浓度为0.15%时,器件光伏性能达到最优值,与MoO_3单缓冲层的器件相比,光电转换效率(PCE)由3.85%提高到4.64%;经过80天老化测试后,具有复合阳极缓冲层的器件PCE保留为初始值的76%,而单缓冲层的器件PCE已经下降到50%以下.器件性能得到改善的原因是Al_2O_3/MoO_3复合阳极缓冲层增强了倒置太阳能电池器件阳极对空穴的收集能力,同时钝化了器件活性层,从而提升了太阳能电池器件的光伏性能及其稳定性.     

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.     

梯度掺杂体异质结对有机太阳能电池光电转换效率的影响

基于传统的体异质结有机太阳能电池结构, 对结构中的混合层改用梯度掺杂的方法, 在AM1.5, 100 mW/cm²光照下, 使得器件的短路电流由原来的7.72 mA/cm²提高到了9.18 mA/cm², 相应的光电转换效率提高了25%. 器件性能的提升归因于梯度掺杂体系的引入使得体异质结混合层中同一材料分子之间形成了较好的连续网络结构, 降低了器件的串联电阻, 提高了电极对载流子的收集效率, 从而提高了器件的光电转换效率. 关键词： 有机太阳能电池 体异质结 梯度掺杂     

Improved performance of polymer solar cells by using inorganic,organic, and doped cathode buffer layers

The interface between the active layer and the electrode is one of the most critical factors that could affect the device performance of polymer solar cells. In this work, based on the typical poly(3-hexylthiophene):[6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester(P3HT:PCBM) polymer solar cell, we studied the effect of the cathode buffer layer(CBL) between the top metal electrode and the active layer on the device performance. Several inorganic and organic materials commonly used as the electron injection layer in an organic light-emitting diode(OLED) were employed as the CBL in the P3HT:PCBM polymer solar cells. Our results demonstrate that the inorganic and organic materials like Cs_2CO_3, bathophenanthroline(Bphen), and 8-hydroxyquinolatolithium(Liq) can be used as CBL to efficiently improve the device performance of the P3HT:PCBM polymer solar cells. The P3HT:PCBM devices employed various CBLs possess power conversion efficiencies(PCEs) of 3.0%–3.3%, which are ca. 50% improved compared to that of the device without CBL. Furthermore, by using the doped organic materials Bphen:Cs_2CO_3 and Bphen:Liq as the CBL, the PCE of the P3HT:PCBM device will be further improved to 3.5%, which is ca. 70% higher than that of the device without a CBL and ca. 10% increased compared with that of the devices with a neat inorganic or organic CBL.