基于TiO_2/Perovskite/P3HT结构的n-i-p型钙钛矿电池的电极界面优化与器件性能

以TiO_2/钙钛矿(PVSK)/P3HT的n-i-p型钙钛矿电池作为研究对象,研究了TiO_2薄膜退火温度对TiO_2薄膜的结晶性、基于此的钙钛矿薄膜的形貌以及光伏器件性能的影响,比较了P3HT的掺杂以及不同批次P3HT材料对钙钛矿太阳能电池器件性能的影响。结果表明:TiO_2薄膜的退火工艺及P3HT的批次对器件性能影响较大。TiO_2薄膜的制备工艺设为退火温度为300℃,退火时间为45min,提高TiO_2的退火温度到500℃,钙钛矿太阳能电池的效率可提高到11.27%.通过优化钙钛矿薄膜厚度为190nm,制备得到光电转换效率为6.77%的钙钛矿薄膜光伏电池。基于低温TiO_2为电子传输层、掺杂P3HT为空穴传输层的器件性能为开路电压VOC=0.98V,短路电流J_(SC)=19.94mA/cm~2,填充因子f_F=0.42,转换效率η(PCE)=8.18%.TiO_2电子传输层和P3HT空穴传输层的系统优化对制备高性能n-i-p结构钙钛矿电池具有重要意义。     

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%.     

基于旋涂-蒸发两步法的CsPbBr3钙钛矿太阳能电池

介绍了一种应用于CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池的旋涂-蒸发两步法工艺,用一步蒸发的方法取代了传统的多步旋涂法,精确地控制了CsBr的厚度,提高了器件的重复性;当CsBr的厚度优化到260 nm时,可以得到纯CsPbBr₃钙钛矿．分析了退火温度对钙钛矿薄膜结晶度的影响,结果表明：在350℃下可以得到高质量的钙钛矿薄膜,最优钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率为7.2%,开路电压为1.27 V,短路电流为7.55 mA/cm²,填充因子为0.752;此外,所制备的CsPbBr₃钙钛矿薄膜在光电探测器应用方面也表现优异,在空气环境下表现出良好的稳定性．     

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.     

溶剂蒸汽退火对钙钛矿薄膜形貌和电池性能的影响

针对钙钛矿太阳能电池钙钛矿吸光层在溶液法旋涂中出现的薄膜旋涂不均匀、针孔、结晶性不好的现象,采用溶剂蒸汽退火和直接接触嵌入法(DCIP)结合的方法制备了结晶均匀并且晶体比较大的钙钛矿活性层。结果表明,当二甲基亚砜(DMSO)的加入量为15μL时,钙钛矿的平均粒径由大约300nm增加到1 200nm,对应电池的光电转化效率也由11%升高到14.33%.由此提高了钙钛矿太阳能电池的性能,并为制作面积较大的钙钛矿太阳能电池提供了依据和方法。     

反溶剂两步法制备TiO_2/CH_3NH_3PbI_3钙钛矿太阳能电池

一种基于钙钛矿结构碘铅甲胺薄膜太阳能电池由于成本低、光电效率高而成为研究热点.本文介绍一种反溶剂两步法制备平整均一钙钛矿薄膜太阳能电池的新工艺,即在旋涂碘化铅的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液时立刻滴加反溶剂氯苯,从而促进结晶.对器件和薄膜的分析显示该技术在旋涂时改变了钙钛矿成核和晶体生长动力学,其有利于制备出平整均一的钙钛矿薄膜.利用该方法制备的固态介孔结构太阳能电池,其效率达到了12.081%(在标准太阳光条件下测试),且电池的工艺重复性明显提升.     

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.     

大面积钙钛矿薄膜的全方位热处理工艺研究

卤化物钙钛矿因为优异的光电性能和溶液法低成本的制备工艺获得了广泛的关注,并取得了飞速的发展。然而,钙钛矿薄膜仍然存在着大面积、高复现性和精准化学计量比制备难以实现等问题,阻碍了其商业化。本文介绍了一种液体介质退火(liquid medium annealing, LMA)方法。该方法选取高热导率、低黏度的苯甲醚制备了一个稳定的热处理液体环境,可实现钙钛矿薄膜的全方位加热,进而调节钙钛矿薄膜的生长。苯甲醚液体介质可轻易萃取钙钛矿薄膜中的残余溶剂(例如DMSO等),抑制钙钛矿中有机组分和卤族元素的挥发,避免周围环境中水、氧等在热处理过程中对钙钛矿薄膜的破坏;进而形成低缺陷密度、理想化学计量比、高均匀性、高复现性和较少的环境影响的高质量钙钛矿薄膜。采用该方案制备钙钛矿太阳能电池展现了良好的光电性能和复现性,当面积为0.08 cm2时电池的光电转换效率超过24.04%,当面积为1 cm2时电池的光电转换效率超过23.15%,并且平均效率大于23%。     

活性层退火时间对P3HT/PCBM有机太阳能电池性能的影响

经过对P3HT/PCBM活性层薄膜退火,发现光的透射率增大,光的反射率减小.活性层的X射线衍射图谱分析表明,经过不同的退火时间,薄膜内结晶度不同,结果导致器件的量子效率有所不同.该器件在140℃的温度下,经过30 min退火,有机太阳能电池的短路电流达到0.75 mA/cm2,光电转化效率为0.034 64%,比较其他退火时间,该工序能量转换效率最高.     

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.     

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.     

退火工艺对PLT薄膜结晶性能的影响

用射频磁控溅射法在Si(100)衬底上制备了掺镧钛酸铅(PLT)铁电薄膜.研究了不同退火工艺对PLT薄膜结构的影响.发现在PbO气氛下退火能很好地抑制铅的挥发而得到具有钙钛矿结构的PLT薄膜.随着退火温度的逐渐升高,PLT薄膜的相经历了钙钛矿相-焦绿石相共存→纯钙钛矿相→钙钛矿相-焦绿石相共存的变化.探讨了焦绿石相的结构在铁电薄膜中的成因.发现随着退火温度的逐渐升高,PLT薄膜的晶粒逐渐增大,钙钛矿相质量百分比越高,轴比(c/a)也越大,PLT薄膜的铁电性越强.     

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。     

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.     

乙醇氛围热退火法制备高性能钙钛矿太阳能电池

采用两步旋涂法制备钙钛矿甲胺碘铅(CH3NH3Pb I3)薄膜,再通过乙醇蒸气氛围热退火的方法处理薄膜.扫描电镜图像、X线衍射谱、紫外可见吸收光谱等表征结果表明,乙醇热氛围退火促进CH3NH3Pb I3晶体的生长,增大晶体尺寸,增强薄膜结晶性.将使用乙醇蒸气热退火方法制备的薄膜组装成太阳能电池,器件短路电流从15.59 m A/cm~2增大到17.17 m A/cm~2,光电转换效率从10.32%提高至11.07%.     

有机-无机复合钙钛矿单晶材料的研究进展

由于具有可调谐的光学带隙、较高的载流子迁移率、高外量子效率、较长的载流子寿命和载流子扩散长度等优点,新型有机-无机复合钙钛矿材料在太阳能电池、光电探测器、LED等光电领域展现出潜在的应用优势。自2009年第一块钙钛矿太阳能电池获得了3.8%的光电转换效率以来,钙钛矿材料成为世界范围内研究的热点。根据近年来钙钛矿材料的发展历程,概述了钙钛矿单晶材料从含Pb到无Pb(包含Sn-基、Ge-基无铅钙钛矿材料、类钙钛矿材料以及双钙钛矿材料)的发展历程和主要应用领域。     

Nano-SiC薄膜在太阳能电池窗口表面的应用

由于环境的污染使空气中有泥土,太阳能电池在户外使用一段时间后,其窗口表面就会附着一些灰尘颗粒影响其进光量,进而影响太阳能电池的光电转换效率。采用溶胶凝胶法制备并通过热烧结过程,将Nano-SiC透明薄膜制备在太阳能电池窗口表面。通过实验测试了表面制备不同厚度的Nano-SiC薄膜对太阳能电池I-V特性的影响。实验结果表明Nano-SiC薄膜具有很好的光子透过性和自洁能力,能够提高太阳能电池的光电转换效率。     

硫化物纳米墨水涂覆法制备铜锌锡硫太阳电池

利用共沉淀法制备CuS和SnS纳米颗粒,并将其与锌离子混合配置成固液混合纳米墨水,再通过涂覆后硫化法在钼玻璃基底上制备了铜锌锡硫(CZTS)薄膜.研究了硫化退火温度对CZTS薄膜成分、形貌和结构等性能的影响,获得了较优的退火温度为580℃;基于该工艺制作了光电转换效率为0.58%的CZTS薄膜太阳电池器件.     

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.     

磁控溅射法制备铝掺杂氧化锌薄膜研究进展

铝掺杂氧化锌(AZO)薄膜是一种n型半导体光学透明薄膜,具有优异的光电转换特性.综述了磁控溅射法制备AZO薄膜的研究现状.介绍了衬底温度、溅射功率、氧分压、溅射角度、衬底类型和退火温度等工艺参数对AZO薄膜的微结构、表面形貌和光电性能的影响.展望了其今后的研究方向和应用前景.