钙钛矿太阳能电池缺陷钝化的研究进展

金属卤化物钙钛矿材料的太阳能电池由于其成本低廉,光电性能优异,在过去的11年中取得了巨大的进展.然而,在钙钛矿太阳能电池中存在着大量的有害缺陷,如钙钛矿结构内部存在间隙、空位和杂质缺陷,以及钙钛矿成膜时由于其在晶界和晶面上存在悬空键导致的大量的晶界、界面缺陷.这些有害缺陷严重影响载流子输运,阻碍了钙钛矿太阳能电池能量转...     

基于碱金属氯化物的钙钛矿太阳能电池界面钝化

针对钙钛矿太阳能电池的电子传输层/钙钛矿层界面处存在的大量缺陷,提出了一种无机盐界面钝化的优化策略.该策略选用低成本的氯化锂(LiCl:Lithium Chloride)作为电子传输层/钙钛矿层的界面钝化材料,制备了器件结构为ITO/TiO2/LiCl/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Ag的钙钛矿太阳能电池.在引入浓度经过优化的LiCl后,钙钛矿太阳能电池的短路电流密度和填充因子达到21.05 mA/cm2和72.55％,能量转换效率为16.95％,与没有引入LiCl的器件相比提高了23.00％.对器件和薄膜进行表征后发现,LiCl可以钝化界面处的缺陷和陷阱,并提高了TiO2的电导率,从而减少了界面复合损失,促进了电荷传输.     

基于柠檬酸钠掺杂SnO2的钙钛矿太阳能电池

针对商用SnO₂水分散液易发生颗粒团聚的问题和提升SnO₂薄膜电学和表面性能的需求,提出了一种利用小分子螯合剂对SnO₂进行优化的策略。该策略选用低成本的螯合剂柠檬酸钠(SC:Sodium Citrate)对SnO₂传输层进行掺杂,制备的器件结构为ITO/SnO₂+SC/FA_1-xMA_xPbI₃/Spiro-OMeTAD/Au的PSCs。在引入浓度经过优化的SC后,PSCs的开路电压和填充因子最高可达1.135 V和78.23%,能量转换效率为21.53%,与未引入SC的器件相比获得了明显提升。对薄膜和器件进行表征后发现,SC的掺杂可提升SnO₂薄膜的电学和表面性能,进而改善了钙钛矿的结晶。对集成的器件进行表征发现缺陷密度降低,载流子复合引起的电压和填充因子损失减少,电荷传输的效率得到明显改善。     

磺酸化CNTs在钙钛矿太阳能电池电极中的应用

为解决钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)中采用贵金属作为对电极(counter electrode,CE)而导致的成本高昂问题,对碳纳米管(CNTs)进行磺酸化处理,并将磺酸化CNTs(s-CNTs)作为对电极材料应用到PSCs中.利用稳态荧光(PL)、电化学阻抗(EI)等方法对...     

铅基钙钛矿太阳能电池界面工程的研究

在wxAMPS太阳能电池数值模拟软件微平台上,对ITO/ZnO/界面层(IFL)/MAPbI₃/Sprio-OMeTAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池(PSCs)的电子传输层(ETL)/吸收层的界面工程进行研究。结果表明:在界面层缺陷密度低于1014 cm-3时,PSCs的电池性能几乎不变,当缺陷密度高于1014 cm-3时,PSCs的电池性能急剧下滑。当界面层与吸收层亲和势差(Δχ)在-0.7~-0.1 eV范围时,各项电池性能参数均随Δχ的增大而增大;当Δχ在-0.1~0.5 eV范围时,各项电池性能呈平缓增长;当Δχ大于0.5 eV时,电池的短路电流(J_SC)呈平缓增长趋势,而开路电压(V_OC)、填充因子(FF)及光电装换效率(PCE)快速降低。当带隙E_g在0.9~1.4 eV范围内增大时,PSCs的V_OC、FF和PCE均上升;当带隙E_g大于1.4 eV,PSCs的各项性能参数基本不变。     

高效稳定有机-无机钙钛矿太阳能电池

有机-无机杂化钙钛矿材料具有可调的带隙、较高的消光系数、较低的激子束缚能和双极性电荷传输等优点,适用于制备钙钛矿太阳能电池。2009年以来,这种钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8%增长到22.1%,远高于多晶硅太阳能电池的光电转换效率,具有十分广阔的应用前景。但目前实验室制备的钙钛矿太阳能电池还存在稳定性问题。本文主要阐述了有机-无机钙钛矿太阳能的发展现状,提高光电转换率的途径和原理,并介绍使之稳定的可能性及方法。     

富勒烯吡咯烷衍生物的合成及其在反式钙钛矿太阳能电池中的应用

[目的]由于目前在反式钙钛矿太阳能电池中使用最广泛的富勒烯基电子传输材料[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)存在合成复杂、成本高的问题,因此开发低成本、可溶液处理的新型富勒烯电子传输材料具有非常重要的意义.[方法]采用Prato反应一步合成两种低成本的新型富勒烯吡咯烷衍生物F1和F2,并将其作为电子传输材料应用于反式钙钛矿太阳能电池.通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法研究了这两种富勒烯分子的能级,并研究了由这两种富勒烯吡咯烷衍生物作为电子传输层的反式钙钛矿太阳能电池的光伏性能.[结果]含有苯甲酸酯侧链的F2比含有烷基酸酯侧链的F1具有更高的电子迁移率,因此对应的器件获得了更高的填充因子和光电转换效率.最终,以F2作为电子传输层的反式钙钛矿太阳能电池获得了最高19.86%的光电转换效率,这一结果与同等实验条件下制备的基于PCBM的对照器件的效率基本一致.[结论]本研究采用Prato反应一步合成了两种富勒烯吡咯烷衍生物,并发现侧链对其光伏性能有重大影响.该项工作对于开发兼具高效率和低成本的可溶液处理的富勒烯基电子传输材料的设计具有一定的参考价值.     

2018年钙钛矿太阳能电池研发热点回眸

 2018年是钙钛矿太阳能电池发展的第10年,国际上该领域取得了一系列重要进展。从器件效率的持续刷新,钙钛矿材料和器件稳定性问题的解决,器件到模块化制备以及柔性和半透明电池的应用等方面简要介绍了代表性研究进展。     

钙钛矿太阳能电池电子传输层的研究进展

虽然目前钙钛矿太阳能电池在效率和器件稳定性方面取得了一定突破,但是由于受到电子传输层的影响,其效率仍低于理论值且器件稳定性仍有提高的空间。系统介绍了典型的钙钛矿太阳能电池结构以及无机/有机电子传输材料各自的优缺点,并结合器件效率和稳定性梳理了单层、双层以及三层电子传输层钙钛矿太阳能电池的研究进展,最后对于合理设计电子传输层材料以兼顾钙钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性提出了展望,以期为进一步提升钙钛矿太阳能电池性能提供借鉴。     

CdBr2对CsPbBr3钙钛矿晶界处缺陷态调控及光电性能影响

通过CdBr₂对全无机CsPbBr₃钙钛矿薄膜进行钝化处理,研究不同浓度CdBr₂的异丙醇溶液对全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池光电性能的影响.结果表明:CdBr₂钝化CsPbBr₃钙钛矿表面后,降低了钙钛矿表面的Br空位缺陷密度,抑制了非辐射复合,促进了光生电子和空穴的抽取和传输,因此降低了界面光电子复合损失,使全无机钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率从6.58%提高到8.19%,开路电压从1.368 V提高到1.531 V.     

MOFs及MOFs复合材料在超级电容器中的应用

超级电容器(SCs)作为一种新型的储能装置,与传统的可充电电池相比,具有更快的充放电速率、更高的功率密度和更长的循环寿命,受到人们的广泛关注.拥有较大的比表面积、多样的组成结构和高度分散的金属活动中心等优势的金属有机骨架材料(MOFs),逐渐成为高性能电化学储能材料的研究热点.然而,MOFs直接作为SCs电极材料的使用仍面临着导电性差和机械、化学稳定性差的问题.在此,主要阐述MOFs及其复合物在超级电容器材料应用领域的研究进展,讨论MOFs基超级电容器的结构特征及其在电化学储能领域中展现出独特的性质和新颖的功能,说明MOFs构筑的超级电容器在新能源储存与转换领域发挥重要作用.最后,对MOFs基超级电容器实际应用进行分析与展望.     

钙钛矿太阳能电池中电子传输层研究进展

近年来钙钛矿太阳能电池发展迅速,电子传输层在传输电子和阻挡空穴等方面起着重要作用,是钙钛矿太阳能电池效率提高的保障.文章从电子传输层的工作机理出发,介绍了目前常见的金属氧化物和有机分子材料作为电子传输材料的相关研究进展,综述了针对电子传输层的离子掺杂、界面修饰、纳米结构调整等方面的研究工作,对电子传输层今后的研究趋势进行展望.     

钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料的研究进展

人口的快速增长导致化石燃料即将消耗殆尽,人们急需寻找新型清洁的可持续能源.太阳能正是这样一种理想的能源,其利用方式之一就是太阳能电池.钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池,其快速提升的光电转换效率引起了人们的广泛关注.其中,空穴传输材料的使用不仅增加了电池的稳定性还提高了光电转换效率,为钙钛矿太阳能电池的发展带来了新的契机.因此,研究空穴传输材料的特点和作用机理并设计合成新型高效的空穴传输材料,对进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率是十分重要的.本文从钙钛矿太阳能电池的发展历程出发,简要介绍了钙钛矿太阳能电池的基本结构和工作原理,然后重点阐明各种空穴传输材料的性能.Spiro-OMeTAD是钙钛矿太阳能电池中最受欢迎而且最经典的空穴传输材料,被广泛地应用于各种钙钛矿太阳能电池中,得到了非常高的光电转换效率.但是,这种材料合成复杂、提纯困难、价格昂贵,这就极大地限制了大规模商业化应用的可能.因此,人们开始致力于寻找Spiro-OMeTAD的替代品.近年来,开发的空穴传输材料包括无机p型半导体、聚合物和有机小分子空穴传输材料,其中有机小分子空穴传输材料具有合成简单、价格低廉、原材料丰富等特点而展示出了强劲的发展态势.本文重点介绍了四类有机小分子空穴传输材料,包括Spiro型空穴传输材料、含三苯胺型空穴传输材料、含噻吩型空穴传输材料和其他小分子空穴传输材料.虽然上述空穴传输材料各具特色,有些空穴传输材料在某些方面还显示出了非常优越的性能,但是还没有一种空穴传输材料能在各个方面与Spiro-OMeTAD媲美.所以,空穴传输材料的研发工作还任重而道远.本文对2012至2017年间关于空穴传输材料的文献进行了系统的介绍,总结并评述了各类空穴传输材料的性能,归纳了各种空穴传输材料的优缺点,并对未来高效稳定的空穴传输材料的发展方向进行了展望.     

二茂铁修饰碳电极应用于钙钛矿太阳能电池的研究

二茂铁是一种具有良好氧化还原能力的金属有机化合物.近几年,二茂铁及其衍生物的光伏性能受到了极大的关注.本文将二茂铁引入钙钛矿太阳能电池,并成功组装了钙钛矿太阳能电池FTO/bl-TiO_2/mp-TiO_2/CH_3NH_3PbI_3/spiroOMeTAD/C/二茂铁(FC).二茂铁的HOMO能级(-4.8 eV)和碳电极的能级(-5.0 eV)与空穴传输相匹配.二茂铁层是将10 mg mL-1二茂铁氯苯溶液通过旋涂成膜制成,并覆盖在碳电极上.钙钛矿太阳能电池的能量转换效率由5.8%提升到6.2%.     

电聚合薄膜在钙钛矿电池中的应用

目前,钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cell, PSC)的效率(25.8%)已经可以与硅基太阳能电池相媲美,但是长期稳定性不高是其开展商业化应用亟需解决的问题之一.电化学聚合作为一种制备电活性导电聚合物薄膜的方法,可以有效降低材料和器件制备的成本;同时,化学交联的电聚合薄膜具有较好的稳定性,能有效提高器件的稳定性.总结了将交联的电聚合薄膜作为空穴传输层(hole transporting layer, HTL)或电子传输层(electron transporting layer, ETL)来开发稳定和高效的钙钛矿太阳能电池,并论述了电聚合薄膜在钙钛矿太阳能电池未来的研究重点.     

钙钛矿太阳能电池中吸光材料的发展现状

钙钛矿材料作为光吸收层的太阳能电池是一种广受关注的新型太阳能电池,其光电转换效率从2009年的3.8%快速增加到2014年的19.3%。综述了钙钛矿材料的光电性质、制备方法和研究进展,分析了其研究趋势及需要解决的问题,并对钙钛矿太阳能电池的未来发展进行了展望。     

金属离子掺杂提升全无机CsPbX_3钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展

钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、成本低等优势,有望成为新一代光伏技术。然而,钙钛矿材料本身较低的稳定性限制了其商业化应用。因此,提高钙钛矿材料的稳定性对进一步推进钙钛矿太阳能电池的实用化至关重要。综述了金属离子掺杂在全无机钙钛矿太阳能电池的结构、组成及稳定性等方面的进展,重点介绍了以A位和B位金属离子2类典型的离子掺杂稳定全无机钙钛矿太阳能电池的研究工作。最后,提出了金属离子掺杂作为全无机钙钛矿太阳能电池稳定性强化策略所面临的机遇和挑战。     

基于CuPc的反式钙钛矿太阳能电池低温制备

引入一种典型的p型半导体材料CuPc,采用反式钙钛矿太阳能电池结构,利用热蒸发沉积方法将其作为电池的空穴传输层,在低温条件下制备电池器件.对不同厚度CuPc膜对钙钛矿电池性能的影响进行了优化,采用电流-电压测试、扫描电镜、原子力显微镜和X-射线衍射等方法分析了电池的光电性能和薄膜质量.研究结果表明:热蒸发沉积的CuPc层具有良好的平整性和覆盖性,当其厚度为10 nm时,器件在刚性基底上取得了15.37%的最高光电转化效率,在柔性基底上取得了12.66%的最高光电转化效率.该电池制备过程简单、成本低且重复性高,为进一步制备大面积、高效率以及柔性化的钙钛矿太阳能电池提供了参考.     

基于自组装二氧化钛空穴阻挡层的高效钙钛矿太阳能电池

器件兼容功能层的自组装工艺是一种简单、可行和节能的策略。在介孔钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)中,致密的TiO₂膜起到空穴阻挡层的作用,而介孔的TiO₂膜起到电子传输层的作用。然而,这两层通常都要通过高温退火法获得。在此,我们通过室温自组装工艺沉积了致密的TiO₂薄膜,以作为PSCs有效的空穴阻挡层。通过沉积时间控制致密TiO₂薄膜的厚度。优化致密TiO₂薄膜的厚度(80 nm),有无空穴传输层的介孔PSCs的能量转化效率分别为17.95%和10.66%。值得注意的是,基于自组装TiO₂的全低温PSCs显示出16.41%的能量转化效率。     

沉积温度影响有机太阳能电池阳极薄膜结晶性能

采用射频磁控溅射工艺,以氧化锌铝（AZO）陶瓷靶作为靶材,通过优化工艺参数在玻璃基板上制备了具有c轴择优取向的AZO透明导电薄膜.基于X射线衍射（XRD）测试表征,研究了沉积温度对薄膜结晶性能的影响.实验结果表明：AZO薄膜的结晶性能与沉积温度密切相关,较低温度时,随着沉积温度的升高,薄膜的结晶性能得到提高,但是沉积温度进一步升高时却有所变差.当沉积温度为400℃时,AZO薄膜的结晶性能最佳,c轴取向良好,晶粒尺寸接近40 nm.