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。     

浴铜灵在提高反式钙钛矿太阳能电池性能的研究

近年来,基于CH_3NH_3PbX_3(X=Cl,Br,I)结构的钙钛矿太阳能电池由于其简单的制作工艺和较高的光电转化效率而吸引了大量的研究。在反式钙钛矿电池活性层中使用浴铜灵(BCP)来提高电池光电性能。使用溶液法旋涂BCP有效地把Ag电极的功函从原来的-4.23 e V降低到了-4.12 e V,改善了电子的传输和Ag电极收集电子的效率。从而提高了反式钙钛矿电池的短路电流密度和填充因子。光电转化效率由10.3%提高到12.6%。使用BCP的钙钛矿电池的稳定性也有约10%的提高。结果证明,使用BCP有利于提升反式钙钛矿电池的性能,对实现这类太阳能电池的商业化应用起到推动作用。     

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.     

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。     

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。     

P3HT和Spiro-OMeTAD共混物作为光活性层的杂化太阳电池性能

为降低电荷复合率,提高杂化太阳电池的性能,将P3HT与Spiro-OMeTAD共混后的混合物作为光活性层和空穴传输层,旋涂在Sb_2S_3纳米粒子敏化的TiO_2纳米棒(TiO_2NR/Sb_2S_3)复合膜上,制备成杂化太阳电池。通过SEM、紫外可见吸收光谱、XRD、电化学阻抗图谱、稳态荧光光谱、J-V曲线等手段,对杂化太阳电池的微观结构、光电转换特性进行了表征和测试。结果表明:P3HT与Spiro-OMeTAD共混物比例为15 mg/1 mL时,得到结构为FTO/TiO_2NR/Sb_2S_3/P3HT:Spiro-OMeTAD/Ag杂化太阳电池的电荷负荷率低,电子生命长,能量转换效率达到了4.57%。所制备的杂化太阳电池性能优良,具有良好的应用前景。     

富勒烯吡咯烷衍生物的合成及其在反式钙钛矿太阳能电池中的应用

[目的]由于目前在反式钙钛矿太阳能电池中使用最广泛的富勒烯基电子传输材料[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)存在合成复杂、成本高的问题,因此开发低成本、可溶液处理的新型富勒烯电子传输材料具有非常重要的意义.[方法]采用Prato反应一步合成两种低成本的新型富勒烯吡咯烷衍生物F1和F2,并将其作为电子传输材料应用于反式钙钛矿太阳能电池.通过紫外-可见吸收光谱和循环伏安法研究了这两种富勒烯分子的能级,并研究了由这两种富勒烯吡咯烷衍生物作为电子传输层的反式钙钛矿太阳能电池的光伏性能.[结果]含有苯甲酸酯侧链的F2比含有烷基酸酯侧链的F1具有更高的电子迁移率,因此对应的器件获得了更高的填充因子和光电转换效率.最终,以F2作为电子传输层的反式钙钛矿太阳能电池获得了最高19.86%的光电转换效率,这一结果与同等实验条件下制备的基于PCBM的对照器件的效率基本一致.[结论]本研究采用Prato反应一步合成了两种富勒烯吡咯烷衍生物,并发现侧链对其光伏性能有重大影响.该项工作对于开发兼具高效率和低成本的可溶液处理的富勒烯基电子传输材料的设计具有一定的参考价值.     

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.     

前界面缺陷对钙钛矿太阳电池性能的影响模拟

通过对光伏器件的模拟分析可以进一步提高对器件的认识深度,在实际工艺中利于优化器件制备条件,为高效钙钛矿太阳电池提供新思路.借助SCAPS模拟软件研究钙钛矿电池中钙钛矿吸收层、CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/TiO_2界面、TCO/TiO_2界面中缺陷态密度对电池性能的影响,模拟表明CH_3NH_3P I_(3-x)Cl_x中缺陷态密度和缺陷能级位置对器件效率的影响非常大,当缺陷态密度小于10~(16)cm~(-3)时,器件光电转换效率都能保持较高数值,达到16%以上.CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/TiO_2界面层中CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x缺陷态密度对器件的FF影响较大,当缺陷态密度小于10~(17)cm~(-3)时器件填充因子都能保持较高的数值,达到78%以上.TiO_2缺陷态密度降低和掺杂浓度提高对器件填充因子和开路电压都有利.TCO/TiO_2界面层中适当增大窗口层掺杂浓度和带隙可以有效改善器件的光伏性能.     

Sb2S3:P3HT共混物改善TiO2纳米棒阵列钙钛矿太阳电池的性能

为解决钙钛矿太阳电池中MAPbI₃的不稳定性问题,提高电池性能,对以TiO₂纳米棒阵列作为电子传输层、Sb₂S₃:P3HT共混物作为钙钛矿MAPbI₃修饰层的太阳电池进行了研究。首先,以SbCl₃作为锑源,Na₂S₂O₃作为硫源,采用溶剂热法制备合适尺寸的Sb₂S₃纳米球;其次,通过超声分散法将Sb₂S₃与P3HT在氯苯溶液中共混得到Sb₂S₃:P3HT共混物,将其旋涂于沉积了MAPbI₃薄膜的TiO₂纳米棒阵列上,形成FTO/TiO₂NR/MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT复合膜,制备成TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT太阳电池;最后,采用SEM,XRD,J-V曲线和紫外可见吸收光谱等方法进行表征和测试。结果表明,制备的结构为FTO/TiO₂NR/MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT/Spiro-OMeTAD/Ag的太阳电池,能量转换效率（PCE）最高达到了14.73％,与未采用Sb₂S₃:[JP]P3HT共混物修饰的TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃太阳电池相比,能量转换效率得到了明显提升。因此,Sb₂S₃:P3HT共混物能避免出现钙钛矿MAPbI₃被氧化的不稳定性问题,可有效提高TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃太阳电池的性能。     

P_3HT/PCBM基有机太阳能电池性能提高的研究

以P3HT作为电子给体材料,PCBM作为电子受体材料,制成不同厚度活性层的本体异质结有机太阳能电池.从I-V特性曲线分析了厚度对电池性能的影响.制备了添加PEDOTPSS和TiO2作为空穴阻挡层的有机电池,通过分析I-V特性曲线和吸收光谱,找到提高电池性能的方法.     

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.     

ZnO/Cs2CO3双电子传输层有机太阳能电池

有机太阳能电池的异质结界面是影响其性能的一个重要因素.以氧化锌/碳酸铯作为双电子传输层,改善电子传输层与活性层的界面接触并提高电子传输能力.利用溶胶-凝胶法制备OSCs器件,通过优化的双电子传输层,使基于PTB7-Th:PC₇₁BM的OSCs器件的最高效率达到了8.08%,其相较于ZnO电子传输层器件提高了10.68%.实验表明,由于ZnO/Cs₂CO₃ ETLs具有最佳的表面形貌和光吸收,其填充因子、短路电流密度和电子迁移率都显著提升.这种ZnO/Cs₂CO₃双电子传输层为OSCs性能改善提供了新的思路.     

基于多功能层TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能?

利用粒径为20和200nm TiO2在导电玻璃表面制备光阳极的光透明层薄膜、混合层薄膜以及散射层薄膜,通过有效地调整3种薄膜结构进而制备了染料敏化太阳能电池.研究表明,多功能层TiO2膜结构大幅度地提升了光电流,而且电子在多功能层TiO2膜内的界面传输阻抗较低.将3种薄膜有效结合并控制其厚度,可以有效地提高染料敏化太阳能电池的性能,在AM1.5,光强度为100 mW·cm-2的条件下,染料敏化太阳能电池光电转化效率可以提升至5.29%,电流密度达到11.7mA·cm-2.     

Au NPs decorated TiO2 nanotubes array candidate for UV photodetectors

This work reports the Au nanoparticles (NPs) deposited on TiO2 nanotubes (NTs) which were successfully synthesized by a simple two-step anodization method. This fabrication process is notable for a simple and inexpensive method for obtaining pure TiO2 NTs and Au NPs deposited TiO2 NTs. The prepared samples were characterized by field emission scanning electron microscope (FESEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and I-V curve. We found that the size of Au NPs can be controlled by changing the bias voltage during the deposition. The photodetectors of Au NPs/TiO2 devices showed good wavelength selectivity with high photocurrent as compared to pure TiO2 NTs devices. Subsequently, Au NPs deposited on TiO2 NTs at bias voltage of 70 V was potentially used in fabrication of UV photodetector. At this applied voltage, a high density of Au NPs was uniformly deposited on TiO2 NTs. As a result, it enables a high photocurrent and great responsivity in UV region. It is suggested that the Au NPs deposited TiO2 NTs device shows good promise for UV photodetectors with possibility to fine-tune properties in both UV and visible regions and is worthy of further investigation.     

Fabrication of a TiO2-P25/(TiO2-P25+TiO2 nanotubes) junction for dye sensitized solar cells

The dye sensitized solar cell（DSSC）, which converts solar light into electric energy, is expected to be a promising renewable energy source for today’s world. In this work, dye sensitized solar cells, one containing a single layer and one containing a double layer, were fabricated. In the double layer DSSC structure, the under-layer was TiO₂-P25 film, and the top layer consisted of a mixture of TiO₂-P25 and TiO₂ nanotubes. The results indicated that the efficiency of the DSSC with the double layer structure was a significant improvement in comparison to the DSSC consisting of only a single film layer. The addition of TiO₂-P25 in the top layer caused an improvement in the adsorption of dye molecules on the film rather than on the TiO₂ nanotubes only. The presence of the TiO₂ nanotubes together with TiO₂-P25 in the top layer revealed the enhancement in harvesting the incident light and an improvement of electron transport through the film.     

双重优化对基于P3HT:PCBM有机太阳能电池效率的提高

有效提高太阳能电池对光的吸收效率是提高太阳能电池能量转换效率的重要因素.在以poly(3-hexylthiophene)(P3HT)为电子给体材料,[6,6]-phenyl C60-butyric acid methyl eater(PCBM)为电子受体材料的有机太阳能电池中,Poly-(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)与活性层之间插入不同厚度的P3HT层,并在P3HT层最佳厚度的基础上,进一步在活性层中掺杂不同比例的Ag纳米粒子,双重优化了电池器件.当插入45 nm的P3HT层及掺杂质量比为5%的Ag纳米粒子时活性层薄膜的形貌及内部结构得到了改善,电池对光的吸收,及外量子效率得到了显著地提高,并出现红移现象.在25°C,光强为100 mW/cm2的条件下测量其短路电流密度JSC为11.21 mA/cm2,能量转化效率PCE为3.79%.