钙钛矿太阳能电池的稳定性

有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池的研究在近几年里获得了极大的突破.然而,电池长期的稳定性和重金属铅的毒性等问题仍未得到完全解决.本文将讨论钙钛矿太阳能电池稳定性的影响因素,从器件结构方面入手分析钙钛矿材料、空穴传输材料、电子传输材料以及电极对钙钛矿电池稳定性的影响,然后根据不同结构中影响电池稳定性的因素提出对应的解决方案,从而提升钙钛矿太阳能电池稳定性.最后,我们提出由n型半导体层、绝缘层和p型半导体层依次层叠构成的全无机介孔p-i-n结构框架有助于钙钛矿电池的稳定性.     

钙钛矿太阳能电池中有机空穴传输材料掺杂方法研究进展

新一代有机无机杂化钙钛矿太阳能电池展示出高光电转换效率(25%)、低材料成本和简易制作工艺等优势,被认为是最有应用前景的新一代光伏技术.钙钛矿太阳能电池的未来规模化应用对其稳定性提出了更高的要求.其中空穴传输层是高效率钙钛矿太阳能电池不可或缺的组分,对提升器件的稳定性起至关重要的作用.近年来,随着新型空穴传输材料的开发以及对材料掺杂过程的理解,化学掺杂剂的选择与设计是提升空穴传输材料导电性和稳定性的关键因素之一.基于目前开发的掺杂剂种类和对掺杂机理的了解和认识,本文回顾性总结了有机空穴传输材料化学掺杂方法的研究进展.     

柔性及半透明钙钛矿太阳能电池

近几年来,有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池的效率突飞猛进,仅仅4年时间里,基于这类材料的固态太阳能电池效率已经达到了经过认证的22.1%.该效率能够与商用的硅基太阳能电池相媲美,并且已远超有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池的效率.除了可观的效率,相较于其竞争对手,该类材料具有适应于低温/空气中的溶液处理的能力以及更好的柔性,使其在大规模制备上具有成本优势以及能更好地应用于可穿戴电子设备的能力.本文聚焦于柔性及半透明钙钛矿太阳能电池近期的发展.在柔性钙钛矿太阳能电池方面,讨论了两种主要的器件结构:平面型及纤维型;而在半透明钙钛矿太阳能电池方面,则讨论了两种主要的构造策略:减少膜厚及形成孤立的岛状结构.鉴于该类材料的优势和特性,我们可以确信其在柔性及半透明太阳能电池领域的应用潜力,而这些应用也将进一步推动基于该类材料的太阳能电池的发展.     

基于氧化镱缓冲层实现高效反式结构钙钛矿太阳能电池

<正>为了实现碳中和,能源结构的转型势在必行.太阳能转化的电能在终端能源消费中的比重逐年增长,离不开太阳能电池技术的不断革新.其中,基于金属卤化物钙钛矿的太阳能电池经过10多年的迅猛发展,其光电转换效率已经可以与传统晶硅太阳能电池相媲美,在未来大规模的产业化进程中也被寄予厚望.钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)按器件结构主要分为两类:一类是正式结构电池,一类是反式结构电池.     

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池简介

由于近年来人们对于能源和环境问题的重视,有机无机杂化钙钛矿受到了越来越多的关注。钙钛矿作为一种兼具了有机组分和无机组分优点的材料,在光伏发电、发光、铁电、光探测器等领域有着很好的应用前景。钙钛矿作为光伏材料具有晶形规整、吸收光范围广、吸光量大、光致发光寿命长、荧光强度高等多种优越的性能,可有效降低太阳能电池产业的生产成本,减少电池制备过程的能耗并缓解环境污染,提高电池的光电转化效率;而将其用作光致发光材料可得到光强更强、光子寿命更长的荧光。本文主要介绍了近年来被用于制作太阳能电池的多种钙钛矿材料与器件,并对钙钛矿太阳能电池的发展趋势进行了探讨。     

封面说明

<正>近年来钙钛矿太阳能电池作为太阳能光伏电池领域的"摇滚明星",其器件效率发展迅猛,已远超先于其发展的染料敏化太阳能电池以及有机太阳能电池,同时其还具备制造成本低廉、制备方法简单等优点,因此吸引了来自学界和产业界的广泛关     

钙钛矿太阳能电池的内建电场调控策略研究进展

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)作为一种高效率、低成本的光伏器件引起了国内外学者的广泛关注.电池内部的载流子分离和传输是器件工作的核心过程,直接关系到器件的光电转化效率.异质结形成的内建电场主导着载流子的行为,其强度大小决定器件中电子和空穴的分离效率,所以对内建电场的调控和优化可以从根本上提升电池的性能.本文首先对钙钛矿太阳能电池中的内建电场以及载流子分离机制进行介绍,然后对目前常见的钙钛矿太阳能电池内建电场的调控策略及其对器件性能的影响进行总结,主要包括通过掺杂、构建三维/二维钙钛矿异质结、构建偶极层等调控钙钛矿太阳能电池的内建电场.最后,对钙钛矿太阳能电池的内建电场调控技术进行评价,并对未来该领域的发展进行展望.     

基于闪蒸法制备平面钙钛矿光伏器件

自2009年第一块基于钙钛矿材料的太阳能电池被制备出来,经过近10年的发展,目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从最初的3.8%提升到超过22%,这使得越来越多的人关注到钙钛矿太阳能电池,它被认为是在未来可能取代硅基太阳能电池的新一代太阳能电池.影响钙钛矿光伏器件性能的关键因素是钙钛矿活性层的制备.在本工作中,使用实验室自制的真空闪蒸设备制备钙钛矿光伏器件,并对前驱液制备、抽气压强等参数进行研究,优化最佳真空闪蒸钙钛矿CH_3NH_3PbI_3层条件,优化后器件最高转换效率达到18.09%.同时尝试在前驱液中掺入CH_3NH_3Cl并制备柔性器件,通过改变掺杂比例进行优化后刚性器件和柔性器件的最高转换效率分别达到了18.69%和15.10%.本工作可以对钙钛矿膜层的制备起到指导作用,进而得到光电性能更好的钙钛矿光伏器件.     

锡基钙钛矿太阳能电池研究进展

有机-无机杂化钙钛矿具有优异的光吸收性能和较高的载流子迁移率等优点,相应的钙钛矿太阳能电池在经历短短11年的发展后,光电转换效率已接近单晶硅电池.同时,制备工艺简单、生产成本低等优势令钙钛矿太阳能电池具有极大的商业潜力.然而,存在于传统钙钛矿太阳能电池中铅的毒性仍是限制其大规模生产最重要的阻碍之一.低毒性的锡基钙钛矿继承了铅基钙钛矿绝大部分优异的光电性能,目前最高的光电转换效率已超过13%,但与铅基相比还有一定差距.本文首先介绍锡基钙钛矿的结构和性质,然后分别从添加剂和组分调控两个角度综述锡基钙钛矿太阳能电池近年来的重要研究进展,最后总结该领域存在的挑战和发展方向.     

“原位生长”阵列化薄膜助力高效柔性太阳能电池

<正>有机-无机杂化钙钛矿材料具有高的光吸收系数(10~5cm~(–1))、大的电子/空穴扩散长度(高达1μm)、带隙易于调节(1～2.5 eV)、较小的激子结合能(约40 meV)、可进行低成本的溶液加工等特性,使得钙钛矿太阳能电池在过去十年得以快速发展.目前,钙钛矿太阳能电池的最高效率已经超过25%,且稳定性也得到了很大的提高,有望获得实际应用.由于其与柔性可穿戴电子器件的兼容性,基于柔性基底的钙钛矿太阳能电池正引起社会的广泛关注,器件性能也不断提高.虽然一维(1D)纳米阵列能有效减少太阳光损失、抑制电子复合、促进载流子的分离和传输,从而增强     

ZnO纳米结构及其在钙钛矿光伏电池中的应用

近年来,有机-无机杂化钙钛矿光伏电池取得了突飞猛进的发展,已成为光伏领域的研究焦点;其光伏性能的不断提高不仅与钙钛矿材料自身质量与光电特性的提升有关,同时依赖于载流子传输层的优化与设计.鉴于ZnO的优势和特性,本文聚焦于ZnO纳米结构设计及其在钙钛矿光伏电池中的应用,简述了ZnO材料独特的光电性质,总结了ZnO纳米结构的制备方法及合成原理;详细综述了不同维度ZnO纳米结构在钙钛矿光伏电池中的发展进程,着重阐述了化学掺杂、表面修饰、应力调控策略在ZnO基钙钛矿光伏电池性能优化方面的研究进展.本文系统总结了ZnO电子传输层的国内外研究现状、应用前景及发展趋势,为设计构筑高性能ZnO基钙钛矿光伏电池提供了重要的指导.     

铜锑硫族薄膜材料及其光伏器件研究进展

薄膜太阳能电池具有材料用量少、生产耗能低、高温弱光发电性能好、易于建筑集成等优势,是非常有竞争力的光伏发电技术之一.铜锑硫族材料价格低廉、稳定性高、绿色无毒、原料丰富,且具有合适的禁带宽度和较大的吸光系数,理论转换效率可达30%以上,是非常有潜力的薄膜太阳能电池吸光层材料.本文综述了近年来铜锑硫族材料光伏领域的研究成果,重点介绍了材料的晶体结构、光电特性、制备方法以及光伏器件的研究进展,并对其发展趋势和下一步工作方向进行了总结和展望.     

钙钛矿太阳能电池的大面积成膜方法

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其较高的光电转化效率引起了人们的广泛研究,但在目前所报道的高效率器件中,电池的有效面积通常仅为0.1 cm~2左右,达不到工业化的要求.钙钛矿电池的大面积制备是其工业化的必经之路.而制备大面积钙钛矿电池的关键在于制备大面积高质量的钙钛矿薄膜.本文将根据大面积钙钛矿太阳能电池所取得的最新成果,对钙钛矿的成膜方法加以总结和评述,为今后大面积钙钛矿电池的发展提供帮助.     

钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池自2009年被提出以来取得了迅猛的进展,其性能甚至超越了其他类型电池多年的积累,在2013年被Science评为国际十大科技进展之一.截至目前,钙钛矿电池已经取得了转换效率为20.1%的佳绩,并在不久的未来有望继续迅速突破.本文主要总结了2014年至今钙钛矿电池研究所取得的部分最新进展,从钙钛矿太阳能电池的基本结构、工作机理、界面调控、制备工艺等方面出发,针对提高电池效率及稳定性、环境友好化等几个亟待改进的问题进行概述总结.本文在现有研究成果的基础上,对未来仍需努力的方向进行展望,有助于我国研究者迅速了解钙钛矿太阳能电池研究的最新动向并取得进一步突破.     

杂化钙钛矿太阳能电池中缺陷与界面钝化层的研究进展

近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电转换效率和低廉的制备成本引起了科研工作者的广泛关注,但钙钛矿薄膜中出现的大量缺陷严重制约了电池性能与工作稳定性的进一步提升.本文一方面总结了钙钛矿晶体中各类缺陷的形成过程与物理性质,并分析了各类缺陷对太阳能电池工作的影响;另一方面从界面钝化层出发,综述了以Lewis酸、Lewis碱、有机胺与铵盐、聚合物、金属氧化物、三维钙钛矿、石墨烯和无机盐等材料作为界面钝化层的钝化机制与钝化效果.通过对现有研究成果的分析,总结出有效的界面钝化思路与策略,为钙钛矿太阳能电池界面钝化领域的工作提供一定的参考.     

钙钛矿太阳能电池中的卤素扩散平衡

<正>能源是人类赖以生存的物质基础,是社会发展不可或缺的基本条件.太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的可再生清洁能源,实现其应用发展可推动对化石能源的有序替代,缓解人类在化石能源枯竭和环境污染方面所面临的严峻问题.太阳能电池利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能,是太阳能利用领域中一种理想的转换途径.目前,太阳能电池技术已经历了三代的革新,主要包括晶硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、铅卤钙钛矿太阳能电池等.     

STPV系统熵产及效率研究

根据热力学第二定律对太阳能热光伏系统进行建模分析, 研究并比较了系统各组成部件中的熵产大小, 同时讨论了各模块的转换效率. 分析了辐射器温度、聚光器会聚比、电池禁带宽度、电池温度及滤波器透射率等参数对熵产及效率的影响. 得出系统总熵产随着辐射器温度的升高呈现先减小后增大的趋势, 而随着聚光器会聚比的增加, 系统总熵产逐渐减小. 电池禁带宽度、化学势的增加使得系统各部件熵产减小, 电池温度的升高影响了其转换性能, 使得熵产增加的同时转化效率逐渐降低.     

锗掺杂/替位锌黄锡矿太阳能电池研究进展

锌黄锡矿(CZTS(e))太阳能电池作为新兴薄膜太阳能电池的代表之一,以其原材料储量丰富、制备工艺简单、环境友好、成本低廉等优势受到广泛关注.为了进一步提升CZTS(e)太阳能电池的器件效率,在光吸收层内引入掺杂或替位元素成为近年来CZTS(e)太阳能电池的重要研究方向.在众多掺杂或替位元素中,锗元素(Ge)对CZTS(e)太阳能电池器件性能(特别是器件的开路电压(Voc))的提升作用极为明显.本文综述了近年来Ge掺杂或替位CZTS(e)太阳能电池(CZTS(e):Ge)的研究进展,重点介绍了CZTS(e)太阳能电池高开路电压损耗(Vocdeficit,Voc-def)的根源、CZTS(e):Ge太阳能电池的制备方法以及Ge对CZTS(e)太阳能电池器件性能的影响,并对CZTS(e):Ge太阳能电池的未来研究方向进行了展望.     

碳纳米管宏观体的光-电转换研究取得新进展

基于碳纳米管的优异性能(可控的半导体性能、可调的禁带宽度和高的载流子迁移率),清华大学机械系王昆林研究小组开展了碳纳米管太阳能电池的研究.初步研究结果显示,采用双壁碳纳米管薄膜为转换材料,制成的太阳能电池的开路电压达0.5V,短路电流达14mA/cm2,太阳能转换效率达1.3%.尽管转换效率仍很低,但正如审稿人所指出     

DMSO蒸气辅助退火对CsPbBr3钙钛矿太阳能电池性能的影响

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因其成本低廉、制备简单、能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)高等优点,成为光伏领域的研究热点.其中,全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池因其良好的热稳定性、湿度稳定性和载流子传输特性在近年来受到广泛的关注.在利用多步旋涂法制备CsPbBr₃钙钛矿薄膜的过程中, PbBr2与CsBr的反应程度对CsPbBr₃薄膜形貌和相纯度有极大的影响,而CsPbBr₃薄膜形貌和相纯度的改善又对提高器件的PCE和工作长期稳定性具有十分重要的意义.基于此,本文拟通过改善CsPbBr₃薄膜形貌、提高相纯度,以实现电池器件性能的提升.在多步旋涂法的基础上,利用二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO)蒸气辅助退火技术(solvent vapor-assisted annealing, SVAA),对PbBr₂薄膜进行优化.结果表明,利用DMS...