新型固态太阳能电池中对有机-无机钙钛矿材料的调控(英文)

近年来,有机-无机钙钛矿太阳能电池得到了迅猛的发展,其光电转化效率从2009年的3.8%提高至2014年底的20%左右.本文首先介绍了有机-无机钙钛矿材料的光学和电学特性,以及钙钛矿电池的结构和组成.随后,重点列举了一些制备有机-无机钙钛矿层的新颖、简洁、有效的方法,以及这些制备方法对钙钛矿层的形貌和电池性能产生的影响.此外,总结了对钙钛矿材料本身的修饰,包括对有机官能团的调控和对卤素的选择,及其对晶体结构和电池工作情况的影响.同时,归纳了几种无铅钙钛矿在用作太阳能电池中的吸光剂时的优劣性.最后,我们探讨了提高钙钛矿电池的光电转化效率的方向,以及提高其稳定性的解决方法.     

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.     

退火温度对CH_3NH_3PbI_3成膜质量及光伏性能的影响

采用简单的溶液法在FTO玻璃上制备钙钛矿薄膜.通过运用控制变量法研究退火温度对钙钛矿层成膜质量的影响规律,利用SEM、XRD、UV、IV、EQE等表征手段对器件的形貌、结构、光学和光电转换效率进行研究.研究结果表明,退火温度对钙钛矿吸收层的结晶性能、钙钛矿太阳能电池的光电转换效率影响较大,当钙钛矿薄膜退火温度在100℃时钙钛矿薄膜具有较高的结晶质量,同时还具有较高的表面覆盖率,使钙钛矿太阳能电池的效率达到最大.     

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.     

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。     

在电子传输层中掺杂二氧化钛纳米粒子提高反式钙钛矿太阳电池的效率

基于CH_3NH_3PbX_3(X=Cl,Br,I)材料的钙钛矿太阳电池由于其简单的制作工艺和较高的光电转换效率在近年来吸引了大量的研究。报道了在电子传输层(PCBM层)中掺杂二氧化钛纳米粒子从而提高反式结构钙钛矿太阳电池的性能。通过掺杂二氧化钛纳米粒子,使电子传输层的能级和钙钛矿层的能级更加匹配,从而改善了电子的传输和收集并抑制了正负电荷复合,提高了钙钛矿太阳电池的短路电流密度和填充因子。光电转换效率从原来的12.1%提高到了13.5%。结果表明,在PCBM层掺杂二氧化钛纳米粒子是一种简单有效的提高钙钛矿太阳电池的性能的方法。     

在电子传输层中掺杂二氧化钛纳米粒子来提高反式钙钛矿太阳电池的效率

基于CH3NH3PbX3 (X=Cl, Br, or I)材料的钙钛矿太阳电池由于其简单的制作工艺和较高的光电转化效率在近年来吸引了大量的研究。该文报道了在电子传输层（PCBM层）中掺杂二氧化钛纳米粒子从而提高了反式结构钙钛矿太阳电池的性能。通过掺杂二氧化钛纳米粒子,使电子传输层的能级和钙钛矿层的能级更加匹配,从而改善了电子的传输和收集并抑制了正负电荷复合,提高了钙钛矿太阳电池的短路电流密度和填充因子。光电转化效率从原来的12.1%提高到了13.5%。我们的结果表明,在PCBM层掺杂二氧化钛纳米粒子是一种简单有效的提高钙钛矿太阳电池的性能的方法。     

氧化石墨烯复合薄膜对钙钛矿太阳能电池光电性能的影响

为了提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率,在太阳能电池的电子传输层(Ti O2)和光吸收层(CH3NH3Pb I3)间掺入一层氧化石墨烯(GO)薄膜.通过扫描电子显微镜、X线衍射和紫外-可见分光光度计对钙钛矿太阳能电池的形貌和元素进行表征,利用介电-频谱测试仪和太阳能电池I-V测试仪分别对钙钛矿太阳能电池的介电性能和光电性能进行分析.实验结果表明:对比掺杂GO前后钙钛矿太阳能电池的光电性能,样品对紫外-可见光的吸收明显提升,介电损耗减小,模拟太阳光光照下光电流密度明显提高,达到15.15m A/cm2,开路电压达到0.537 V.实验表明掺入GO后,钙钛矿太阳能电池的光电性能显著提高.     

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.     

C_(70)苄基衍生物的合成及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

富勒烯及其衍生物具有高电子传输效率,是倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池器件中优异的电子传输材料(ETMs).其中,富勒烯C_(70)通常存在众多的异构体产物,通过常规手段难以实现有效分离,因此关于结构明确的富勒烯衍生物对钙钛矿太阳能电池的影响,目前尚缺乏系统的研究和理解.该文成功合成并分离了一种结构明确的C_(70)衍生物2,5-(PhCH_2)_2C_(70),并将其作为ETMs构建倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池器件,最终实现了12.77%的光电转换效率,通过对富勒烯衍生物中分子晶体结构堆积的研究,分析了富勒烯衍生物结构对钙钛矿太阳能电池器件性能的影响.     

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。     

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%.     

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-无机混合阳离子钙钛矿发光二极管研究进展

 有机-无机杂化钙钛矿具有制备方便、光学带隙可调、电荷传输性能优异等特性,正成为新一代革命性的半导体光电材料。随着研究的不断发展,钙钛矿材料的量子产率已经超过90%。材料合成的快速发展促进了其在光电子器件上的应用,包括太阳能电池、发光二极管、光电探测器和晶体管等。本文回顾了有机-无机混合阳离子钙钛矿发光二极管的最新研究进展,包括材料晶体结构、纳米晶合成过程、器件制备及其光电特性表征。有机-无机混合阳离子为高量子产率钙钛矿纳米晶的合成开辟了一种新的途径,同时也为制备高亮度、高效率发光二极管器件提供了新的思路。     

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。     

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.     

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。     

我国科学家在锡基钙钛矿太阳能电池方面取得重要进展

<正>太阳能电池是一种把光能转换成电能的装置,光电转化效率的高低是衡量其性能的重要指标之一。与传统硅基太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池因其效率较高、成本较低而成为研究热点。目前钙钛矿太阳能电池材料大多基于重金属铅的铅基钙钛矿,带来的环境问题限制了其进一步应用;而锡基钙钛矿具有无毒、     

Bi3．15Nd0．85Ti3O12纳米管阵列的制备与微结构表征

采用溶胶-凝胶法,在孔径为100nm的阳极氧化铝模板中制备了Bi3．15Nd0．85Ti3O12（BN（IT）纳米管阵列．通过XRD、SEM、TEM、HRTEM、SAED和Raman光谱测试手段对纳米管阵列的物相、微结构和声子振动特性进行了表征．研究表明,所合成BNdT纳米管为钙钛矿相多晶结构,纳米管外径约为100nm,管壁厚约10nm,长度达几个微米．Raman光谱分析表明,Nd离子部分取代了类钙钛矿层中A位的Bi离子．     

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。