前界面缺陷对钙钛矿太阳电池性能的影响模拟

通过对光伏器件的模拟分析可以进一步提高对器件的认识深度,在实际工艺中利于优化器件制备条件,为高效钙钛矿太阳电池提供新思路.借助SCAPS模拟软件研究钙钛矿电池中钙钛矿吸收层、CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/TiO_2界面、TCO/TiO_2界面中缺陷态密度对电池性能的影响,模拟表明CH_3NH_3P I_(3-x)Cl_x中缺陷态密度和缺陷能级位置对器件效率的影响非常大,当缺陷态密度小于10~(16)cm~(-3)时,器件光电转换效率都能保持较高数值,达到16%以上.CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/TiO_2界面层中CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x缺陷态密度对器件的FF影响较大,当缺陷态密度小于10~(17)cm~(-3)时器件填充因子都能保持较高的数值,达到78%以上.TiO_2缺陷态密度降低和掺杂浓度提高对器件填充因子和开路电压都有利.TCO/TiO_2界面层中适当增大窗口层掺杂浓度和带隙可以有效改善器件的光伏性能.     

钙钛矿太阳能电池伏安特性分析与计算

采用AMPS-1D软件对以CH_3NH_3PbI_3材料为活性层,ZnO为电子缓冲层,Cu_2O为空穴缓冲层的n-i-p钙钛矿太阳能性能进行模拟优化.探讨了活性层厚度、空穴缓冲层厚度以及温度对钙钛矿太阳能电池性能的影响.优化后的钙钛矿太阳能电池器件参数为CH_3NH_3PbI_3厚度500 nm、ZnO厚度100 nm、Cu_2O厚度50 nm,此时钙钛矿太阳能电池V_(oc)=0.891 V,J_(sc)=22.813 mA/cm~2,FF=0.793,E_(ff)=16.12%.     

一步旋涂法制备的钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜的热稳定性

利用X射线衍射谱和扫描电子显微镜研究了一步旋涂法制备的钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜结构的热稳定性.同时,根据实验结果研究了一步旋涂法制备CH_3NH_3PbI_3薄膜的成膜机理.制备CH_3NH_3PbI_3薄膜的最佳前热退火温度为100℃,而140℃是CH_3NH_3PbI_3的临界热分解温度,在250℃时CH_3NH_3PbI_3就完全热分解为PbI_2.     

CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜退火升温速率对其光伏性能的影响

采用一种简便的两步连续沉积新工艺,成功制备出较纯相的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜,考查了退火过程中升温速率对钙钛矿薄膜成膜质量及其与TiO_2薄膜形成平面异质结光伏性能的影响.结果表明,恰当选择升温速率对钙钛矿薄膜的形貌、致密性以及晶粒尺寸等参数的优化至关重要;当调控升温速率为3℃·min~(-1)时,可获得表面平整、平均晶粒尺寸较大、结构致密的钙钛矿薄膜.该薄膜具有明显改善光吸收特性和载流子抽取效率,进而使其组成的FTO/TiO_2/CH_3NH_3PbI_3/P3HT/Au钙钛矿平面异质结太阳能电池的光电转换效率提高至5.95%.     

浸泡时间对钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜微结构的影响

在玻璃衬底上采用两步连续沉积法制备了钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜,并采用XRD谱和SEM图研究了浸泡时间对CH_3NH_3PbI_3薄膜微结构的影响.剖析了两步连续沉积法制备的CH_3NH_3PbI_3薄膜的成膜机理,以及中间产物PbI_2-IPA(异丙醇)-CH_3NH_3I层状金属有机骨架结构所发挥的作用.随着浸泡时间的增加,CH_3NH_3PbI_3薄膜的表面出现孔洞,颗粒的形状趋于无规则,分布趋于无序.当浸泡时间为90 s时,CH_3NH_3PbI_3薄膜中PbI_2的残留量最小.     

溶剂蒸发法制备CH_3NH_3PbI_3晶体及其光吸收特性

为了研究采用直接蒸发溶剂法制备所得CH_3NH_3PbI_3晶体的结构和光吸收特性,利用X线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见吸收光谱、介电频谱测试和分析样品的晶体结构、微观形貌、光吸收性能和介电性能.结果表明:采用溶剂蒸发法可以快速获得立方相结构的CH_3NH_3PbI_3晶体,将样品放入无水乙醚中密封保存后,真空条件下所得晶体的介电损耗随着频率的升高变化明显,而介电常数相对较为稳定,此外,制备所得CH_3NH_3PbI_3晶体的光吸收度良好.研究说明由溶剂蒸发法获得的立方相CH_3NH_3PbI_3晶体可以作为钙钛矿太阳能电池光吸收层的优质原料.     

有机无机杂化钙钛矿CH_3NH_3PbI_3晶体的合成及气敏性测试

将CH_3NH_3I与PbI_2同时溶于丁内酯溶液形成黄色透明溶液,并将溶液涂覆在陶瓷管上,在90℃条件下制备钙钛矿结构的CH_3NH_3PbI_3。用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对合成的CH_3NH_3PbI_3晶体结构和表面形貌进行表征,并用气敏元件测试仪测试其气敏性。实验结果表明,陶瓷管上制备的CH_3NH_3PbI_3晶体结构是四方相,晶粒尺寸1~4μm,在室温条件下对NH_3具有高的选择性和灵敏度。     

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%.     

基于NiO空穴传输层的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿太阳能电池的光伏特性

从2009年至今,基于卤族元素的有机-无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池由于简单的制备工艺和优良的光电转化效率,成为有望替代传统硅基太阳能电池的一种新型太阳能电池,由于其通常采用价格昂贵的有机空穴/电子传输层材料,所以虽然可获得较高的光电转化效率,但生产成本较高.本文选用价格低廉性质稳定的NiO为空穴传输层材料,利用旋涂热解法在导电ITO玻璃上制备平整致密的NiO薄膜,然后采用两步溶液法,在其上制备平均粒径约为150 nm的CH_3NH_3PbI_3吸光层,最后组装成ITO/NiO/CH_3NH_3PbI_3/PCBM/Ag平面倒置异质结型电池单元.本文对比研究了不同退火温度制备NiO薄膜的表面形貌和晶体结构,以及制备的电池单元的光伏性能.本文对比实验结果表明, 500°C退火处理的NiO薄膜最平整致密,以其为空穴传输层的未封装电池单元在大气环境中进行模拟太阳光辐照测试,可获得7.63%的光电转化效率和1 V的开路电压,优于类似条件下制备的以NiO为空穴传输层的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池.     

CdS/CH_3NH_3PbI_3共敏化ZnO太阳能电池的光伏性能研究

量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)是兼具低成本和高理论转换效率的第三代太阳能电池之一.量子点与有机染料共敏化是提高其光电转换效率的有效手段之一.CH3NH3Pb I3钙钛矿材料是新兴的有机吸光层材料.本文将其作为共敏化剂,制作Cd S/CH3NH3Pb I3共敏化Zn O纳米棒太阳能电池,并研究CH3NH3Pb I3钙钛矿共敏化和Cd S量子点沉积次数对量子点/CH3NH3Pb I3共敏化太阳能电池光伏性能的影响.     

高响应率石墨烯-CsPbBr3量子点光电探测器

全无机金属卤化物钙钛矿材料CsPbX_3(X=Cl,Br,I)不仅有优异光电特性,还有比有机-无机杂化钙钛矿更好的热稳定性,在光电探测器领域有很大应用前景.但由于全无机钙钛矿材料自身迁移率较低,直接用于光电探测器其光响应率也很低,难以满足实际应用.以热注入法合成高质量的CsPbBr_3钙钛矿量子点材料,再将其与高迁移率的单层石墨烯薄膜相结合,构建出石墨烯-CsPbBr_3量子点复合光电探测器,光响应率高达3.5×10~4 A·W~(-1).研究表明引入石墨烯材料作为传输层后,CsPbBr_3量子点的光生电子空穴对得到有效分离并快速传输.两种材料界面处存在陷阱态,产生了光栅压效应,延长了载流子寿命.两种机制结合使复合光电探测器的光响应率大大提升.     

两步沉积法制备的钙钛矿CH_3NH_3PbBr_3薄膜的热稳定性

采用两步连续沉积法,在玻璃衬底上制备了〈100〉择优取向的立方结构的钙钛矿CH_3NH_3PbBr_3薄膜,并从薄膜微结构及光透射角度研究了CH_3NH_3PbBr_3薄膜的热稳定性.此外,剖析了两步连续沉积法制备的CH_3NH_3PbBr_3薄膜的热分解机制.两步连续沉积法制备的CH_3NH_3PbBr_3薄膜热分解的临界温度为130℃,而完全热解为PbBr_2的温度为170℃.     

退火温度对CH3NH3PbI3薄膜结构和性能的影响

采用真空双源共蒸发技术制备了CH_3NH_3PbI_3薄膜,研究了退火温度对CH_3NH_3PbI_3薄膜结构和性能的影响。利用XRD、原子力显微镜、紫外—可见—近红外分光光度计和霍尔效应仪研究了CH_3NH_3PbI_3薄膜的微观结构和光电性能。研究结果表明:合适的退火温度(95℃)有助于薄膜结晶度的提高,利于晶粒长大,使得晶界减少,界面处缺陷度较低,带电粒子迁移率提高。退火温度超过100℃时,薄膜热稳定性急聚下降,使CH_3NH_3PbI_3分解,部分I-以CH3NH3I的形式挥发,产生大量过剩Pb I2相,导致薄膜载流子浓度降低,导电性能下降。退火后的薄膜在可见光区域内吸收系数提高。退火温度为95℃时,薄膜禁带宽度1.66 e V最小,最接近理论值1.55 e V。     

两步旋涂法制备CH_3NH_3PbI_3太阳能电池

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其高的能量转化效率、低的制造成本而引起广泛的关注.本文中采用两步旋涂法,通过改变MAI的转速来制备高性能钙钛矿太阳能电池.研究发现,通过改变MAI的转速可以调控PbI_2的残余量,适度残留的PbI_2可减少电子空穴复合,提高电池光电性能,电池能量转化效率达到15.90%(在一个模拟太阳AM 1.5G光照下),且具有较好稳定性.但过量的PbI_2的残余会影响钙钛矿太阳能电池短路电流,降低电池光电转换效率.     

有机-无机钙钛矿晶体生长调控研究进展

钙钛矿太阳能电池是近5年太阳能转化利用领域的研究热点,受到国内外研究者的广泛关注.ABX3钙钛矿不但具有快速传递空穴和电子的能力,而且具有强而宽的可见光吸收性能.介观和平面结构钙钛矿薄膜电池是并重发展的钙钛矿太阳能电池.其小于1!m钙钛矿光活性层使得器件对钙钛矿层的结晶度和成膜性有着较高的要求.通过控制钙钛矿的结晶方式和质量来提高膜的性能就成为了提高电池光电转化效率的重要方式之一.第一部分综述了各种制备条件下利用一步法和两步法合成ABX3太阳能电池钙钛矿薄膜.进一步通过提高钙钛矿材料的晶体质量,将钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从3.8%提高到20%.此外,和钙钛矿薄膜相比,钙钛矿大晶体不但具有较长的载流子传输路径,而且结构更加完整,更有利排除其他因素的干扰,增进对钙钛矿结构的深入解析.因此第二部分重点介绍了钙钛矿单晶的性能和制备方法,并对其在太阳能电池和光电探测器中的应用做了初步展望.     

基于SQ2染料与P3HT的固态染料敏化太阳能电池

将近红外吸收染料SQ2与可见光吸收空穴传输材料P3HT结合起来制备固态染料敏化太阳能电池,并用锂盐对TiO2/SQ2表面进行处理来调节器件的光伏性能.通过模拟太阳光照射测试和单色光量子转换效率(IPCE)测试来研究器件的光电性能.测试结果表明,经过锂盐处理后,器件的短路电流(JSC)、填充因子(FF)和转换效率都获得提升.IPCE测试显示,经过锂盐处理后器件在P3HT吸收光谱范围内产生的量子效率没有变化,但在SQ2吸收光谱范围内产生的量子效率明显提升.通过分析得出结论是：锂盐处理不能提高P3HT所吸收的光量子转换效率,但可以提升SQ2染料所吸收的光量子转换效率,进而提高了固态染料敏化太阳能电池的光电转换效率.     

平面结构NiO/FAPbI_3钙钛矿太阳电池的性能研究

采用一步溶液法构筑了反式结构NiO/NH_2CH=NH2PbI_3(FAPbI_3)/PCBM/Ag钙钛矿电池。本文研究了钙钛矿薄膜FAPb I3结晶性、表面形貌及光电性能的影响。实验结果表明构筑反式钙钛矿电池短路电流Jsc=15.89 mA·cm-2,开路电压Voc=0.8 m V,填充因子FF=32%,光电转换效率为PCE=4.49%。     

全无机铅卤钙钛矿量子点高效发光及其机理

正近年来,有机-无机杂化钙钛矿(CH_3NH_3PbX_3,X=Cl,Br,I)材料以其成本低、载流子迁移率高、光吸收系数大等优点成为太阳能电池领域的研究热点,2009年以来其光电转换效率从不到4%迅速提升到了22.1%.然而,环境稳定性和热稳定性差等问题制约了有机-无机杂化钙钛矿在太阳能领域的应用.就稳定性而言,全无机钙钛矿(CsPbX_3,X=Cl,Br,I)具有     

CsPbI3量子点在不同极性溶剂的光学特性

全无机钙钛矿CsPbI₃量子点具有发射谱线窄、荧光量子产率高和稳定性强等特点,在红光LEDs和新型太阳电池领域具有广阔的应用前景.本文通过热注入法在正己烷溶剂中合成了CsPbI₃ 量子点, 并对其结构和光学特性进行表征,结果表明,量子点主要的发光机制是量子限制区自由激子复合.通过改变溶剂的种类(正己烷、甲苯、乙酸乙酯、乙酸甲酯)对量子点的光学特性进行了调整,研究发现随着溶剂极性的增加,发光峰位从615 nm红移至660 nm,这是因为极性溶剂对量子点表面具有修饰作用,通过改变溶液极性实现CsPbI₃量子点发光峰位调节的条件为制备波长可调的光电器件提供了一定的实验参考.     

基于PbSe量子点近红外光源的氨气检测

研制了一种新型光致发光PbSe量子点窄带近红外光源,并将其应用在NH_3气体检测系统中,可以为相应的探测器省去滤光片.采用配位溶剂方法合成出大小均匀,排布规律的6.1 nm的PbSe量子点,沉积到GaN发光芯片上,制成光致发光的近红外光源,其第一激子吸收峰位于1 862 nm,光致发光峰位于1 943 nm,其发射光谱包含了1 900~2 060 nm之间的NH_3气体的全部吸收谱.这种量子点光源与驱动电路、气室和后端检测电路构成NH_3气体检测系统,实际测试结果表明,系统的检测下限可以达到5×10~(-5),系统的检测误差为2%.这种新型的量子点近红外光源在气体检测中有着较好的应用前景.