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.     

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...     

碳材料在钙钛矿太阳电池空穴传输层中的应用进展

在传统的钙钛矿太阳电池中,空穴传输材料价格非常昂贵且占电池成本比重较大.为降低电池成本,寻求一种价格低廉的传统空穴传输材料替代品受到研究者的广泛重视.大量的研究结果表明,碳材料以其低廉的价格、稳定的化学性质、与钙钛矿材料相匹配的功函数、良好的电荷迁移率、导电率及空穴收集能力成为最有可能代替传统空穴传输材料的希望之一.同时,以碳材料为空穴传输层的钙钛矿太阳电池效率也在逐年攀升且还有进一步提升的空间.综述了多种碳材料在钙钛矿太阳电池空穴传输层中的应用进展,指出现有研究工作存在的局限性,并简要说明未来的研究方向.     

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.     

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.     

染料敏化太阳能电池碳对电极研究进展

综述了染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSC)结构和对电极作用以及近年来染料敏化太阳能电池对电极材料种类及研究进展.重点介绍了染料敏化太阳能电池碳对电极研究进展,包括碳材料性能,碳材料对电极制作工艺和各种性能参数,以及碳对电极与其他材料对电极相比优缺点.最后提出,由于碳对电极导电性能和催化性能良好,光电效率相对较高,且价格低廉,碳材料制备对电极具有广阔发展前景,已成为目前染料敏化太阳能电池重要研究方向.     

纽扣状TiO_2纳米球在钙钛矿太阳能电池中的应用

将具有(001)高能面的纽扣状二氧化钛纳米球添加到无空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池多孔骨架层材料中,能改变骨架层的形态结构,有利于形成高覆盖率的钙钛矿吸光层;同时纳米球可以提高光生载流子的分离和输运效率,有利于获得更高的开路电压和填充因子.优化纳米球与二氧化钛颗粒的比例,在AM1.5的标准光强下,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率由9.42%提升至11.5%.     

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。     

纳米太阳能电池研究进展

介绍了染料敏化 Ti O2 纳米太阳能电池的结构 (主要包括透明导电基片、纳米Ti O2 薄膜、染料敏化剂、电解液和透明对电极几个部分 )及其工作原理。同时指出了液态电解质的缺陷并提出全固态太阳能电池已成为一个重要研究方向 ,其研究中心是寻找更好的空穴传输材料 ,主要介绍了其中的 p-型半导体、导电聚合物及高分子凝胶电解质等 ,另外也介绍了 Ti O2 纳米晶膜的改进 ,并对纳米太阳能电池的研究进展及其现状进行了综述和展望。     

磺酸化CNTs在钙钛矿太阳能电池电极中的应用

为解决钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)中采用贵金属作为对电极(counter electrode,CE)而导致的成本高昂问题,对碳纳米管(CNTs)进行磺酸化处理,并将磺酸化CNTs(s-CNTs)作为对电极材料应用到PSCs中.利用稳态荧光(PL)、电化学阻抗(EI)等方法对...