基于溶剂工程制备高效率钙钛矿太阳能电池

溶剂对钙钛矿(CH3 NH3 PbI3)太阳能电池的制备非常重要,基于目前常用的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)两种溶剂,通过一步旋涂技术制备钙钛矿薄膜,在不同溶剂的比例下制备出来的钙钛矿薄膜质量、结晶性、吸光性能,以及最终的器件转化效率都存在着较大的差异.本文通过调节溶剂的比例,研究其对钙钛矿的薄膜的形貌、结晶性、成膜质量等方面的影响.通过优化DMF和DMSO的比例,得到当DMSO:DMF的比例为7:3时,制备出的钙钛矿薄膜质量最高,用该薄膜制备的钙钛矿太阳能电池器件效率高达19.13;,并结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外吸收光谱(UV-vis)、稳态荧光光谱(PL)等表征手段,具体分析了合适的溶剂比例提升钙钛矿太阳能电池器件效率.     

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.     

钙钛矿太阳能电池缺陷钝化技术的研究进展

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有极低制造成本和高功率转换效率的特点,发展前景广阔.薄膜缺陷长期制约钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性的发展,本文综述了近年行业对各功能薄膜缺陷的深化认识及其钝化技术的最新研究进展.     

钙钛矿太阳能电池的制备工艺与光伏性能研究

设计和制备结构为FTO玻璃/TiO2致密层/TiO2介孔层/CH3NH3PbI3吸收层/C电极的钙钛矿太阳能电池.采用两步法制备CH3NH3PbI3吸收层:首先通过旋涂技术制备PbI2薄膜,然后将PbI2薄膜在浓度为0.044 mol/L的甲基碘化胺/异丙醇(MAI/IPA)溶液中分别浸泡反应0.5 h、2.5 h、3.5 h和4.0 h后获得CH3NH3PbI3吸收层.研究了浸泡反应时间对CH3NH3PbI3吸收层的结构和形貌以及对电池光伏性能的影响.结果表明:PbI2薄膜在MAI/IPA溶液中反应后形成四方结构的CH3NH3PbI3晶粒,当浸泡反应3.5 h时,CH3NH3PbI3晶粒的平均尺寸最大,均匀性较好;XRD图谱中只有CH3NH3PbI3的特征峰,而PbI2的特征峰完全消失.同时,该条件下制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能最佳,其开路电压0.881 V、短路电流密度达到22.17 mA/cm2,光电转化效率6.79;,且在整个可见光区的光子-电子的转换效率接近50;.     

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.     

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...     

钙钛矿太阳电池外量子效率模拟与优化

使用拟合(FAPbI3)1-x(MAPbBr3)x钙钛矿太阳电池器件每层材料的透射、反射曲线的方式获取材料真实光学常数以进行外量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)模拟,所得结果与实际测得EQE曲线相比误差低于1;.由此分析了器件中各层薄膜材料的光学损失并针对器件中透明导电电极、电子传输层以及钙钛矿吸收层进行厚度优化,掌握了透明电极、电子传输层和钙钛矿吸收层对器件性能的影响规律.该模拟研究可有效减少实验量,为快速获得高性能器件提供了一定的指导.     

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。     

基于硫氰酸亚铜的n-i-p型钙钛矿太阳电池界面能级匹配及稳定性的初步研究

宽带隙的无机空穴传输材料硫氰酸亚铜(CuSCN)具有低成本、高载流子迁移率、良好的稳定性,以及优异的光透过性等优点,是一种非常有潜力的空穴传输层材料。但是目前基于CuSCN空穴传输层的n-i-p型钙钛矿太阳电池(PSCs)的光电转换效率(PCE)比基于spiro-OMeTAD的电池效率低很多,其主要原因为电池的开路电压较低。本研究团队发现钙钛矿吸收层带隙对基于CuSCN的电池开路电压有较大的影响,本文分别制备了基于带隙为1.55 eV,1.60 eV以及1.65 eV的钙钛矿太阳电池,其中基于CuSCN的器件的效率分别为12.8%,14.4%,10.7%(基于spiro-OMeTAD的钙钛矿太阳电池效率分别为20.8%,19.1%和17.5%)。通过研究发现1.60 eV带隙的钙钛矿能够与CuSCN空穴传输层(HTL)之间形成较好的界面能级匹配,获得最高的效率,电池的开路电压能够达到1.06 V,电池PCE为14.4%。更重要的是在相对湿度(RH)30%～40%的空气中,未封装的基于CuSCN HTL钙钛矿太阳电池经过120℃处理1 h后仍能够保持原来性能的92.4%,而基于spiro...     

以B-γ-CsSnI3为光吸收层的平面异质结钙钛矿太阳能电池的模拟优化

采用AFORS-HET软件对以B-γ-CsSnI3作为光吸收层的平面异质结钙钛矿太阳能电池结构进行了模拟优化,其中TiO2作为电子传输层,Spiro-OMeTAD作为空穴传输层,讨论了钙钛矿太阳能电池光吸收层以及空穴传输层的各种参数对太阳能电池性能的影响.模拟优化得到B-γ-CsSnI3的PSCs最佳性能参数为:Voc=1.18 V,Jsc=24.48 mA/cm2,FF=80.04;,PCE=23.15;,效率虽略低于以CH3NH3PbI3作为光吸收层的钙钛矿太阳能电池,但考虑铅的毒性和钙钛矿电池的稳定性,以B-γ-CsSnI3作为光吸收层的PSCs将具有更好的应用前景.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.