基于ZnO电子传输层钙钛矿太阳能电池的研究进展

作为新一代低成本、高效率的光伏器件,以有机卤化铅CH₃NH₃PbX₃(MAPbX₃,X=Br、I、Cl)为光吸收层的钙钛矿太阳能电池(PSCs)相比于其他类型的光伏器件,具有原料丰富、工艺简单等特点。在较短的时间内,该类电池效率已由3.8%迅速攀升至25.7%,几乎可以媲美商用硅太阳能电池,成为能源应用领域的一颗新星。氧化锌(ZnO)因其具有材料易于加工、电子迁移率高、制造成本低廉且形貌结构多样等优点,被作为该类电池较为重要的一种电子传输层(ETL)而被广为研究。本文主要以不同结构的ZnO纳米薄膜ETL作为研究对象,对其在PSCs中的应用进行了总结,详细介绍了基于不同形貌ZnO纳米结构PSCs的研究进展,分析了该类电池面临的主要问题与解决处理方式,并对未来的发展趋势进行了展望。     

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.     

六方相Cu2ZnSnS4量子点在钙钛矿太阳能电池中作为空穴传输层性能研究

采用热注入方法成功合成了六方纤锌矿结构Cu2ZnSnS4(CZTS)量子点,并使用XRD和TEM对其晶体结构表征,采用UV-vis光谱测量不同尺寸CZTS量子点的光学禁带宽度.发现基于具有1.81 eV带隙的6.7 nm CZTS量子点组装钙钛矿太阳能电池光电转换效率达到6.5;,与基于spiro-MeOTAD的器件相当(8.0;).量子转换效率图谱显示在波长680 nm处量子转换效应有明显提升,提高了器件的短路电流和光电转换效率.本研究结果为组装简单廉价的钙钛矿太阳能电池提供新方向.     

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.     

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。     

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。     

石墨烯及其衍生物在钙钛矿太阳能电池中的应用进展

石墨烯及其衍生物具有优异的光学、电学和柔韧性等优越性能,已经应用在钙钛矿太阳能电池中。通过添加石墨烯或者石墨烯衍生物能够提高器件的稳定性和光电转化效率。本文主要介绍石墨烯和衍生物在钙钛矿太阳能电池中的应用进展,通过探索石墨烯及其衍生物在钙钛矿太阳能电池中的应用,为未来开发高性能和高稳定性的器件作参考。     

疏水载流子传输层上制备高效钙钛矿太阳电池的锚固策略

几种常用的导电聚合物(如PTAA(聚三芳基胺))具有优良的光电特性,因此适合用作钙钛矿太阳电池中的空穴传输材料来提升器件性能。然而,这些材料的疏水特性导致难以形成致密且高质量的钙钛矿薄膜。此外,即使通过一些方法实现载流子传输层与钙钛矿膜之间的接触,但界面处也会存在严重的载流子复合。同时,这样制备出的粗糙钙钛矿薄膜会导致后续沉积在钙钛矿薄膜上的电子传输层的非均匀覆盖。因此,在疏水载流子传输层上实现良好钙钛矿薄膜沉积以获得优良器件性能仍然具有很大挑战性。在本研究中,利用PbI₂进行锚固工程被证明是一种简便、绿色且有效的方法,可有效解决疏水载流子传输层浸润性问题。通过本方法,钙钛矿薄膜质量和器件性能得到了显著提高,并获得了效率高达19.53%的器件。同时,本方法也普遍适用于其他疏水的载流子传输层,进而制备优异的钙钛矿薄膜,这为高性能钙钛矿太阳电池的发展提供了一种可行策略。     

具有黄光发射的有机-无机层状钙钛矿材料的合成

通过溶液法,合成了一种有机-无机杂化钙钛矿材料[C6H10(NH2)3]2Pb2Brs(H2O)(1).单晶衍射分析表明,该化合物存在两种不同的Pb原子,一种Pb原子与六个Br原子相连形成了典型的八面体,一种Pb原子与五个Br原子及一个配位水分子形成了扭曲的八面体,两种八面体通过共顶点Br相连接形式了无机阴离子层.有机胺阳离子分布在层与层之间,该化合物具有典型的有机-无机杂化层状钙钛矿结构,表现出特征的二维量子限域效应,该化合物具有很好的光致发光性能,其发射峰位于566 nm,表现出很强的宽光谱黄光发射,量子产率为1.2;.研究发现该发光来源于八面体结构扭曲引起的激子自捕获.     

不同形状金属光栅增强PTB7∶PC70 BM有机太阳能电池光吸收效率的研究

金属光栅会激发表面等离子激元,促进光吸收,将金属光栅引入PTB7∶PC70BM有机太阳能电池中,通过优化金属光栅形状,可增强电池的光吸收效率。本文使用有限元方法,研究了在活性层的底部置入不同形状金属光栅,例如方形,椭圆形以及圆形,后器件的光吸收效率。研究结果发现,方形光栅可以使活性层的总吸收率从平板结构的29;提高到52.9;,提高的幅度最大,椭圆形光栅次之,提高到49;,圆形光栅提高的最小,提高到45;。     

少铅/无铅钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池作为一种新型的低廉高效的光伏材料在近年来备受关注。铅基钙钛矿太阳能电池有光电转换效率高、成本低、易制备等优点,然而由于铅的毒性以及由此带来的环境污染问题在很大程度上限制了其进一步商业化应用。因此人们开发出一系列新型无毒或低毒钙钛矿材料用于制备环境友好的少铅/无铅钙钛矿太阳能电池。本文简明扼要地介绍了钙钛矿材料的结构和形成条件,着重回顾了Sn基钙钛矿太阳能电池的发展历程,对ⅣA族元素Ge,ⅡA族元素Mg、Ca、Sr和Ba,ⅤA族元素Bi和Sb,ⅢA族元素In以及过渡金属元素Cu等取代或部分取代Pb,以及通过调节卤素X与正离子A的组成及配比来调控少铅或无铅钙钛矿材料性能进行了总结,对少铅/无铅钙钛矿太阳能电池器件研究进展进行了综述,并对其未来的发展方向进行了展望。     

SnCl4醇水溶液制备SnO2电子传输层及其在钙钛矿太阳电池中的应用

二氧化锡因其具有高透过率及高电子迁移率已被广泛应用于钙钛矿太阳电池中作为电子传输层.本文采用无水SnCl4作为锡源前驱,乙醇作为溶剂,水作为氧化剂,通过SnCl4的水解反应制备了SnO2电子传输薄膜.研究发现改变溶液中水的比例,可以调控SnO2薄膜的形貌及光电性能.通过制备工艺优化、将其作为电子传输层最终获得了效率高达17.38;的平面钙钛矿太阳电池.     

碳电极钙钛矿太阳能电池光吸收层厚度对光伏性能的影响研究

本文使用两步法,通过控制PbI₂(DMSO)溶液的浓度制备了不同厚度的有机-无机杂化钙钛矿(MAPbI₃)光吸收层薄膜,并组装了大面积基于碳电极且无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池。对不同厚度MAPbI₃光吸收层薄膜的晶相、光吸收性质、表面形貌、元素组成进行分析,并进一步测试了基于MAPbI₃薄膜制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能。结果表明,MAPbI₃光吸收层薄膜厚度与PbI₂(DMSO)浓度呈正相关关系,浓度为1.3 mol/L的PbI₂溶液制备的MAPbI₃薄膜厚度约为350 nm,具有较好的结晶度和光吸收强度,且薄膜表面致密平整,无明显缺陷,基于350 nm MAPbI₃光吸收层的钙钛矿太阳能电池获得了8.48%的光电转换效率。     

CuSCN空穴传输层工艺对钙钛矿电池性能的影响

采用溶液法制备了硫氰酸亚铜(CuSCN)薄膜,并将其作为空穴传输层制备了平面n-i-p型钙钛矿太阳电池.系统考察了CuSCN薄膜退火温度、旋涂转速对钙钛矿太阳电池性能的影响.研究结果表明,CuSCN薄膜在70 ℃下退火10 min可以获得较好的电池性能;在此基础上通过调整旋涂转速至2000 r/min,控制CuSCN薄膜厚度约为240 nm,电池性能获得了进一步的提升,电池效率可达11.77;.该研究结果表明,CuSCN材料是一种有潜力的、低成本高性能无机空穴传输材料.     

CsGeI3空穴传输层平面异质结钙钛矿太阳电池的模拟优化

采用AFORS-HET软件对CsGeI3空穴传输层(Hole Transport Material, HTM)平面异质结钙钛矿太阳电池进行了模拟,TiO2作为电子传输层,CH3NH3PbI3作为光吸收层,C作为背电极,分别讨论了钙钛矿光吸收层厚度、缺陷浓度,光吸收层/HTM界面态密度和HTM对太阳电池性能参数的影响.模拟优化得到CsGeI3 HTM的PSCs最佳性能参数为:Voc=1.199 V,Jsc=22.2 mA·cm-2,FF=86.22;,PCE=22.95;,效率虽略低于spiro作为HTM的器件,但考虑生产工艺和制备成本,CsGeI3作为HTM的PSCs将具有更好的应用前景.