高性能CuSCN无机空穴传输层的制备及其在平面异质结双面钙钛矿太阳电池中的初步应用

低成本、宽带隙p型无机CuSCN凭借其卓越的透过率和优异的空穴迁移率,已成为目前双面钙钛矿太阳电池中一种理想的空穴传输层(HTL)材料.CuSCN无机HTL的结晶质量、表/界面性质及光、电特性是影响电池双面性能参数的关键因素.本文提出采用缓慢挥发法促使CuSCN充分结晶生长并且形成均匀覆盖的高质量、大晶粒CuSCN晶体薄膜,有效改善CuSCN与钙钛矿和背电极之间的界面特性,显著提高光生载流子抽取、传输与收集性能.通过调控CuSCN无机HTL厚度及其工艺条件,优化得到前面效率为12.78%和后面效率为9.79%的n-i-p型平面异质结双面钙钛矿太阳电池.整个电池制备过程不涉及任何高成本材料和高温工艺,为研发高效柔性、半透明及钙钛矿基叠层太阳电池组件奠定了坚实基础,表现出良好的商业转化应用前景和重要的研究价值.     

空穴传输材料在钙钛矿太阳电池中的应用

针对钙钛矿太阳电池空穴传输材料进行了综述,主要介绍了近几年钙钛矿太阳电池发展过程中一些典型的空穴传输材料,对有机小分子、聚合物和无机材料3类空穴传输材料进行了分析总结。有机小分子空穴传输材料中对2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的研究最多,但其合成复杂,成本过高,研发一些低成本的类似物是目前有机小分子空穴传输材料的研究方向;聚合物空穴传输材料中(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、聚(3-己基噻吩)(P3HT)3者均表现出不错的光电转换效率,通过掺杂可提高导电性进而提高电池的效率;无机空穴传输材料中效率最高的是CuSCN与NiOx,具有空穴迁移率高、带隙宽、合成简单、生产成本低等优点,制备的电池均取得了超过20%的光电转换效率。课题组也一直致力于高性能低成本的空穴传输材料的研究,已经合成了Cz-OMeTAD、SDF-OMeTAD、BDT2FMeDPA 3种成本较低性能较好的有机小分子空穴传输材料。通过对目前各种空穴传输材料的优点及相关机制的介绍,为人们后续不断探索研究,以及发现更好的空穴传输材料提供帮助。随着更多新的材料被应用以及工艺的不断优化,空穴传输材料将不断促进钙钛矿太阳电池的市场化进程,未来可期。     

碳材料电极在无空穴传输层钙钛矿太阳能电池中的应用进展

目前,在高效率钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)中,金、银等贵金属对电极和昂贵的空穴传输材料已成为标配,导致电池成本较高,严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的推广与发展,开发价格低廉的对电极及空穴传输材料迫在眉睫.碳材料具有价格低廉、化学性质稳定、导电性好、空穴提取能力强等优点,近年来以...     

钙钛矿太阳能电池中电子传输层研究进展

近年来钙钛矿太阳能电池发展迅速,电子传输层在传输电子和阻挡空穴等方面起着重要作用,是钙钛矿太阳能电池效率提高的保障.文章从电子传输层的工作机理出发,介绍了目前常见的金属氧化物和有机分子材料作为电子传输材料的相关研究进展,综述了针对电子传输层的离子掺杂、界面修饰、纳米结构调整等方面的研究工作,对电子传输层今后的研究趋势进行展望.     

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。     

钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料的研究进展

人口的快速增长导致化石燃料即将消耗殆尽,人们急需寻找新型清洁的可持续能源.太阳能正是这样一种理想的能源,其利用方式之一就是太阳能电池.钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池,其快速提升的光电转换效率引起了人们的广泛关注.其中,空穴传输材料的使用不仅增加了电池的稳定性还提高了光电转换效率,为钙钛矿太阳能电池的发展带来了新的契机.因此,研究空穴传输材料的特点和作用机理并设计合成新型高效的空穴传输材料,对进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率是十分重要的.本文从钙钛矿太阳能电池的发展历程出发,简要介绍了钙钛矿太阳能电池的基本结构和工作原理,然后重点阐明各种空穴传输材料的性能.Spiro-OMeTAD是钙钛矿太阳能电池中最受欢迎而且最经典的空穴传输材料,被广泛地应用于各种钙钛矿太阳能电池中,得到了非常高的光电转换效率.但是,这种材料合成复杂、提纯困难、价格昂贵,这就极大地限制了大规模商业化应用的可能.因此,人们开始致力于寻找Spiro-OMeTAD的替代品.近年来,开发的空穴传输材料包括无机p型半导体、聚合物和有机小分子空穴传输材料,其中有机小分子空穴传输材料具有合成简单、价格低廉、原材料丰富等特点而展示出了强劲的发展态势.本文重点介绍了四类有机小分子空穴传输材料,包括Spiro型空穴传输材料、含三苯胺型空穴传输材料、含噻吩型空穴传输材料和其他小分子空穴传输材料.虽然上述空穴传输材料各具特色,有些空穴传输材料在某些方面还显示出了非常优越的性能,但是还没有一种空穴传输材料能在各个方面与Spiro-OMeTAD媲美.所以,空穴传输材料的研发工作还任重而道远.本文对2012至2017年间关于空穴传输材料的文献进行了系统的介绍,总结并评述了各类空穴传输材料的性能,归纳了各种空穴传输材料的优缺点,并对未来高效稳定的空穴传输材料的发展方向进行了展望.     

钙钛矿太阳能电池电子传输层的研究进展

虽然目前钙钛矿太阳能电池在效率和器件稳定性方面取得了一定突破,但是由于受到电子传输层的影响,其效率仍低于理论值且器件稳定性仍有提高的空间。系统介绍了典型的钙钛矿太阳能电池结构以及无机/有机电子传输材料各自的优缺点,并结合器件效率和稳定性梳理了单层、双层以及三层电子传输层钙钛矿太阳能电池的研究进展,最后对于合理设计电子传输层材料以兼顾钙钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性提出了展望,以期为进一步提升钙钛矿太阳能电池性能提供借鉴。     

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。     

一种含叔丁基的螺二芴类空穴传输材料的制备及性能表征

以一端含有叔丁基的二氨基螺二芴化合物为起始原料,经过桑德迈尔反应与Ullman反应,制备出一种螺二芴类空穴传输材料,玻璃化温度高于320℃,远高于目前广泛使用的空穴传输材料(NPB).目标分子用作电致磷光器件中的空穴传输层,所得到的器件与传统的器件(以NPB为空穴传输层)相比,其能量效率、电流效率和外量子效率等性能更为优越.且由于具有高的三线态能级,器件中不需要插入第二空穴传输层4,4',4″-三-(N-咔唑基)-三苯基胺(TCTA),提高了器件的效率,降低了器件的制作成本.作为有机电致发光(OLED)器件的空穴传输材料,其有望取代目前广泛使用的NPB,特别在有机电致磷光领域具有良好的实用前景.     

D-π-D型咔唑类空穴传输材料的设计及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

在钙钛矿太阳能电池中,空穴传输材料是影响电荷分离的重要元件,对电池器件的性能有较大影响.设计合成了一系列以三苯胺为核、咔唑为外围给体基团的新型空穴传输材料CS 49,CS 50和CS 51,并将其应用于钙钛矿太阳能电池中.研究了分子结构中共轭桥链和给体平面性的改善对其光物理、电化学等性质以及光伏性能的影响.研究发现,随...     

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.     

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。     

CuI空穴传输层提高聚合物太阳能电池J_(sc),V_(oc)及FF的研究（英文）

针对碘化铜在器件中既是空穴传输层,又是电子阻挡层的特点,提出在PCDTBT、PC70BM聚合物太阳能电池中引入了碘化铜(CuI)传输层。将碘化铜淀积到顶电极银和聚合物材料之间,有效地提高了器件的空穴传输能力。实验优化了碘化铜传输层的厚度,研究了不同顶电极对聚合物太阳能电池的影响,证明了碘化铜能够同时提高电池的短路电流密度、开路电压和填充因子,因此得到了效率显著提高的太阳能电池。对于使用金电极的电池,碘化铜厚度为3nm时,电池效率从0.67%提高到5.47%,当进一步提高碘化铜厚度时,对于金、银两种电极,电池效率均由于阻挡效应而下降。实验结果表明,碘化铜是PCDTBT、PC70BM聚合物太阳能电池的一种有效的传输层材料。     

碳化细菌纤维素在钙钛矿太阳能电池对电极中的研究

在高效的钙钛矿太阳能电池(PSCs)中，通常采用贵金属对电极(Au、Ag)和昂贵的空穴传输材料(HTM)，导致了高成本和不稳定等问题.该研究使用稳定的无HTM的CsPbBr3纯无机钙钛矿的PSCs，将结构优异的天然纳米生物材料细菌纤维素(BC)经过高温碳化得到具有纳米精细结构、大表面积和孔容的多介孔碳化细菌纤维素(CBC)材料，对该材料进行SEM、XRD、FT-IR、比表面积、电导率测试以证实该材料在PSCs上的应用潜质.根据PSCs对电极的应用需要，将CBC及其与商业导电碳浆(CS)混合物作为PSCs对电极材料，通过J-V、IPCE等测试，发现纯CBC材料的电池效率高于纯CS，在作为PSCs对电极方面具有很大的潜力.该研究不仅扩大了生物质碳材料的应用领域，而且有望将CBC作为低成本稳定高效PSCs对电极材料.     

几种新型钙钛矿太阳电池的概述

基于钙钛矿太阳电池巨大的发展潜力,简要的概述了钙钛矿太阳电池的发展历程,并阐述其基本工作原理;同时总结了AZO基底钙钛矿太阳电池和三种基于钙钛矿与硅薄膜相结合的新型钙钛矿电池结构:钙钛矿硅薄膜复合太阳电池、新型双面钙钛矿太阳电池和硅基钙钛矿叠层太阳电池.最后,展望了未来开发新型钙钛矿太阳电池的努力方向及其发展前景,为进一步研究钙钛矿太阳电池提供一定的参考.     

多孔Pb基前驱体的构建对钙钛矿薄膜质量及光伏性能的影响研究

钙钛矿薄膜较大的晶粒尺寸、均匀的表面形貌以及较少的缺陷态是获得高效钙钛矿太阳电池的关键因素.采用PCBM修饰致密TiO_2电子传输层(ETL)表面,利用PCBM自身柔韧性促进形成疏松、多孔的Pb基前驱体薄膜,该结构有利于后续MAI溶液的充分渗透并为前驱体反应形成钙钛矿所必经的应力释放和晶体膨胀过程提供充分空间,从而获得高质量的大晶粒钙钛矿光吸收层.另外,将PbCl_2引入Pb基前驱体中可优化得到多孔骨架结构的PbICl前驱体薄膜,且钙钛矿薄膜中存在的非晶态PbCl_2可有效钝化材料缺陷,显著提高薄膜电学特性及整个电池性能.     

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.     

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.