基于环境友好的绿色反溶剂法的高效CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池

CH₃NH₃PbI₃(MAPbI₃)钙钛矿电池的能量转换效率与钙钛矿薄膜质量密切相关。为了获得高质量的钙钛矿薄膜，通过优化薄膜制备方法和工艺流程，发现绿色反溶剂乙酸丙酯和丙二醇甲醚能促进PbI₂粒子的成核，提供CH₃NH₃PbI₃钙钛矿晶体的异相成核位点，从而促进钙钛矿晶体的快速生长。研究表明，与常用的有毒溶剂氯苯处理的钙钛矿薄膜相比，通过乙酸丙酯和丙二醇甲醚处理的薄膜晶粒较大，均方根值较低，表面粗糙度获得较大优化，可以获得晶粒尺寸均匀、接近钙钛矿载流子扩散长度的全覆盖钙钛矿薄膜。测试不同处理条件下的器件性能发现，与氯苯处理的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿太阳能电池(能量转换效率为17.86%)相比，绿色反溶剂丙二醇甲醚处理的器件的最佳效率为21.60%,提高近21%,该实验结果对今后获得环境友好的高质量钙钛矿型太阳能电池具有一定的参考价值和指导意义。     

氯苯反溶剂制备p-i-n型钙钛矿太阳能电池的性能优化

在使用反溶剂辅助的一步旋涂法制备钙钛矿太阳能电池（Pero-SCs）中的钙钛矿层时,前驱体溶液的配方对反溶剂的种类十分敏感。目前对反溶剂的研究主要集中在反溶剂的种类上, 少有研究针对某一种反溶剂,结合前驱体溶液的溶剂组分和反溶剂的滴加时间与用量来探索最优制备条件。基于此,将氯苯作为反溶剂,在碘化铅（PbI2）: 氯化铅（PbCl2）: 甲基碘化铵（MAI）= 1.25 M: 0.15 M: 1.3 M且溶剂为γ-丁内酯（GBL）和二甲基亚砜（DMSO）的体系中,当前驱体溶液溶剂体积比为7:3,反溶剂用量为500 μL,反溶剂滴加时间为倒数第10 s时,制备的钙钛矿薄膜晶粒小且致密,表面粗糙度较小,结晶度、吸光度和缺陷状态均为最佳,最终得到的最佳电池效率为14.90 %。     

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.     

反溶剂法优化制备高效钙钛矿太阳电池

基于反溶剂一步溶液旋涂法制备FA_0.5MA_0.5PbI₃薄膜,并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）对钙钛矿薄膜进行了测试.测试结果表明的反溶剂滴加时间和滴加的剂量对钙钛矿的结晶的晶粒尺寸和表面形貌有显著影响.合适的反溶剂滴加时间基础上合适的滴加剂量可以形成微米量级的钙钛矿晶粒.最终制备的钙钛矿太阳电池的光电转换效率达到最佳为7.42%.     

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.     

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%.     

溶剂退火处理空穴传输层对改善钙钛矿电池性能的影响

近年来,基于CH_3NH_3PbX_3(X=Cl,Br,I)材料的钙钛矿太阳能电池发展迅速。控制钙钛矿电池中每一层的形貌对于提高电池性能的影响至关重要。使用溶剂退火的方法处理空穴传输层(spiro-OMeTAD),使其表面形貌更加平整均匀,从而改善了空穴传输层与金属电极的接触,减小了电阻,更加有利于电子的传输和收集。使用氯仿进行溶剂退火以后,钙钛矿电池光电转化效率从原来的11.3%提高到了13.1%。其中开路电压、短路电流密度、和填充因子均有大幅提高。电池的迟滞现象从原来的8.8%减小到1.5%。经过长时间测试,使用溶剂退火以后的电池稳定性也有明显改善。研究论证了溶剂退火处理空穴传输层对于制备高性能、低迟滞、更稳定的钙钛矿太阳能电池具有至关重要的作用。     

溶剂退火处理空穴传输层对改善钙钛矿电池性能的研究

近年来,基于CH_3NH_3PbX_3(X=Cl,Br,I)材料的钙钛矿太阳能电池发展迅速。控制钙钛矿电池中每一层的形貌对于提高电池性能的影响至关重要。使用溶剂退火的方法处理空穴传输层(spiro-OMeTAD),使其表面形貌更加平整均匀,从而改善了空穴传输层与金属电极的接触,减小了电阻,更加有利于电子的传输和收集。使用氯仿进行溶剂退火以后,钙钛矿电池光电转化效率从原来的11.3%提高到了13.1%。其中开路电压、短路电流密度、和填充因子均有大幅提高。电池的迟滞现象从原来的8.8%减小到1.5%。经过长时间测试,使用溶剂退火以后的电池稳定性也有明显改善。研究论证了溶剂退火处理空穴传输层对于制备高性能、低迟滞、更稳定的钙钛矿太阳能电池具有至关重要的作用。     

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%。     

随机纹理钙钛矿吸光层构建及对平面异质结太阳电池性能影响的研究

采用简单的氯苯(CB)反溶剂辅助旋涂技术构建一种新颖的随机纹理结构钙钛矿(RT-PVK)吸光层.系统研究CB浸渍量对MAI-PbI_2-DMSO中间体多孔骨架结构的影响规律,揭示CB诱导的RT-PVK结晶动力学原理及内在反应机制.指出MAI-PbI_2-DMSO中间体的多孔性质可为钙钛矿形成过程中所经历的晶格膨胀提供充足的空间,有效改善吸光层表/界面质量,提高电池性能.另外,RT-PVK吸光层具有适当的表面粗糙度和纵向有序的晶界分布,表现出优异的光捕获能力和载流子迁移率.最终,采用RT-PVK吸光层(约400 nm厚)制备的平面PSC获得了约20%的光电转换效率(PCE),并且表现出较高的可重复性.此外,整个电池的制备过程均在低温条件下进行(≤150℃),这有助于实现柔性及钙钛矿基叠层电池组件的制备.     

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.     

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。     

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.     

新一代钙钛矿太阳能电池的构筑与性能研究进展

综述钙钛矿太阳能电池的组装、结构及相关性能等领域的最新研究进展,总结甲胺铅碘电池的稳定性、材料毒性及制备方法、有关电学性质存在的争议、工作机理及结构优化等方面的问题和困难。指出制备高晶体质量的甲胺铅碘薄膜、深入理解甲胺铅碘基本物理化学性质及电池光生载流子输运机理是该领域的重要科学问题。提出应通过系统优化生长条件,获得高质量的甲胺铅碘薄膜,利用半导体实验方法精确测量钙钛矿材料的不同物理参数,利用能带理论设计和优化电池结构,进而深入探索光生载流子的产生、分离、收集和复合等输运规律。     

低温溶液旋涂法制备钙钛矿太阳能电池用介孔TiO_2及其特征

采用低温溶液旋涂法成功制备了钙钛矿太阳能电池用介孔TiO_2层。利用场发射扫描电镜(FSEM)、X射线衍射仪(XRD)、倒置金相显微镜(SMM)对介孔TiO_2的形貌及组织结构进行了表征。结果表明:匀胶时间为20s、转速为1000r/min,旋涂时间30s、转速为4000r/min,制备的介孔TiO_2层为锐钛矿型,平均粒径为3μm左右,组织分布均匀,纯度高,可运用于快速制备高效钙钛矿太阳能电池。     

湿法制备氧化石墨烯/碳纳米管电极的聚合物太阳能电池器件

湿法制备聚合物太阳能电池具有过程简单、大面积制备以及低成本等优点,它是新型太阳能电池技术走向应用的策略之一.文中在室内条件下采用湿法旋涂方法制备了氧化石墨烯/碳纳米管混合薄膜,该薄膜具有良好的透光性与导电性,方块电阻为4 500 ohm/sq时相对应薄膜的透光率达到90% (550 nm).此外,场效应测试表明该混合薄膜呈现p型半导体特性,表明可用于解离空穴的收集.所以,基于该导电薄膜为电极材料制备的聚合物二极管具有光伏效应,在能量转换中有潜在应用.     

低温电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响

在TiO_2,ZnO,SnO_2三种低温电子传输层上,利用相同的钙钛矿薄膜沉积方法制备了钙钛矿太阳能电池,直接比较了三种电池的性能优劣,并从薄膜形貌、光学和电学性质等方面分析了造成性能差异的可能原因。结果表明:基于SnO_2的钙钛矿太阳能电池由于高的短路电流密度(J_(SC)=19.13 mA/cm~2)和填充因子(F_f=72.69%),具有最高的能量转换效率(P_(CE)=14.74%),基于TiO_2的电池次之(11.94%),ZnO基电池效率最低(9.03%).所制备的低温SnO_2基钙钛矿太阳能电池与基于常规高温TiO_2的钙钛矿电池具有相近的能量转化效率,从而使低温SnO_2电子传输材料在柔性、低成本钙钛矿电池领域展示出巨大的应用潜力。     

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.     

La_(1-x)Ca_xMnO_3薄膜的制备及结构和磁性研究

采用溶胶-凝胶旋涂法在表面氧化的Si(100)基片上制备了La1-xCaxMnO3(x=0,0.1,0.15)薄膜.利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)及振动样品磁强计(VSM)对样品的结构、形貌和磁性进行了研究.结果表明:薄膜为正交钙钛矿结构,具有平整的表面,La0.85Ca0.15MnO3样品的薄膜厚度为334nm.样品在居里温度附近发生铁磁-顺磁转变,随着Ca2+掺杂浓度的增加,样品的居里温度变大,x=0.15时,样品的居里温度为299K.