利用金纳米晶等离子共振效应实现量子点敏化太阳能电池的光电流增强

<正>近年来,量子点敏化太阳能电池的光电转换效率大幅提升,得到了研究者的广泛关注.量子点敏化太阳能电池的工作机制和染料敏化太阳能电池类似,利用量子点替换传统染料具有以下优点:(1)量子点的消光系数高达105 L/(mol cm);(2)量子点的光谱响应可以通过改变其尺寸而方便地调节;(3)相较染料而言,量子点具有较好的抗水氧性;(4)量子点具有多激子效应,有望发展为高效率的光伏器件.尽管量子点敏化太阳能电池有诸多的优点,但就目前的研究而言,其光电转换效率(~6%)仍然远远落后于     

太阳能电池的最终效率探讨

太阳能电池利用光伏效应将太阳能直接转换为电能,拥有可再生、清洁、安全、寿命长等优点,被认为是最有前途的可再生能源技术之一.虽然光电转化效率在10%~18%的太阳能电池已经实现大规模产业化应用,但如何进一步提升太阳能电池的光电转换效率依然是研究者面临的最重要的挑战.近年来,随着新材料和新技术的不断发展,单结太阳能电池的效率越来越逼近S-Q效率极限;另一方面,随着多结太阳能电池、中间带太阳能电池等新概念太阳能电池的出现,太阳能电池效率纪录在不断地被改写.本文围绕太阳能电池的效率极限,主要讨论了各类单结太阳电池、多结太阳能电池的基本原理和优缺点,分析了限制它们效率进一步提升的主要因素,并展望了新概念太阳能电池的发展与效率极限.     

基于闪蒸法制备平面钙钛矿光伏器件

自2009年第一块基于钙钛矿材料的太阳能电池被制备出来,经过近10年的发展,目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从最初的3.8%提升到超过22%,这使得越来越多的人关注到钙钛矿太阳能电池,它被认为是在未来可能取代硅基太阳能电池的新一代太阳能电池.影响钙钛矿光伏器件性能的关键因素是钙钛矿活性层的制备.在本工作中,使用实验室自制的真空闪蒸设备制备钙钛矿光伏器件,并对前驱液制备、抽气压强等参数进行研究,优化最佳真空闪蒸钙钛矿CH_3NH_3PbI_3层条件,优化后器件最高转换效率达到18.09%.同时尝试在前驱液中掺入CH_3NH_3Cl并制备柔性器件,通过改变掺杂比例进行优化后刚性器件和柔性器件的最高转换效率分别达到了18.69%和15.10%.本工作可以对钙钛矿膜层的制备起到指导作用,进而得到光电性能更好的钙钛矿光伏器件.     

DMSO蒸气辅助退火对CsPbBr3钙钛矿太阳能电池性能的影响

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因其成本低廉、制备简单、能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)高等优点,成为光伏领域的研究热点.其中,全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池因其良好的热稳定性、湿度稳定性和载流子传输特性在近年来受到广泛的关注.在利用多步旋涂法制备CsPbBr₃钙钛矿薄膜的过程中, PbBr2与CsBr的反应程度对CsPbBr₃薄膜形貌和相纯度有极大的影响,而CsPbBr₃薄膜形貌和相纯度的改善又对提高器件的PCE和工作长期稳定性具有十分重要的意义.基于此,本文拟通过改善CsPbBr₃薄膜形貌、提高相纯度,以实现电池器件性能的提升.在多步旋涂法的基础上,利用二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO)蒸气辅助退火技术(solvent vapor-assisted annealing, SVAA),对PbBr₂薄膜进行优化.结果表明,利用DMS...     

基于PEDOT:PSS对电极的染料敏化太阳能电池

基于聚3,4-亚乙基二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的高透明性和黏合性,添加廉价的石墨粉、碳黑、二甲亚砜、聚乙二醇和少量的聚乙烯吡咯烷酮制备导电浆料,低温处理获得PEDOT:PSS/C对电极.通过扫描电子显微镜、四探针测试仪、太阳电池测试仪,分别测试了碳对电极的表面形貌、电导率、方块电阻及其氧化还原性能和光电性能.实验表明,在80℃真空热处理后的对电极组装的染料敏化太阳能电池光电性能最好,在100mW/cm2的模拟太阳光辐照下,该太阳能电池的光电转换效率达到7.61%,开路电压、短路电流和填充因子分别为0.81V,13.6mAcm2和0.69.     

铋系氧化物在光伏电池中的创新应用

无机/有机杂化太阳能电池随着其光电转换效率的不断提高,逐渐成为当今太阳能电池领域研究的热点.这种太阳能电池既利用了无机材料载流子迁移率高、化学稳定性好的优点,又具备有机材料良好的柔韧性和可加工性,以及吸收系数高的特点.无机材料ZnO和TiO2因为其高的迁移率和容易合成的特性,一直是无机/有机太阳能电池的     

柔性染料敏化太阳能电池光阳极的制备及其应用

采用水热法将商用二氧化钛(P25)、无水乙醇和蒸馏水置于高压釜中搅拌分散, 得到二氧化钛浆体. 采用刮涂法在ITO/PEN衬底上低温制备了柔性光阳极和染料敏化太阳能电池, 进行SEM, UV-vis, FTIR和电池光电性能等表征和测试, 分析不同条件对柔性太阳能电池性能的影响. 结果表明, 在185℃高压釜中水热处理12 h制备的二氧化钛浆体, 稳定性高, 均匀性好. 所组装的柔性染料敏化太阳能电池在100 mW/cm2模拟太阳光照下, 光电转换效率达到3.4%.     

碳纳米管宏观体的光-电转换研究取得新进展

基于碳纳米管的优异性能(可控的半导体性能、可调的禁带宽度和高的载流子迁移率),清华大学机械系王昆林研究小组开展了碳纳米管太阳能电池的研究.初步研究结果显示,采用双壁碳纳米管薄膜为转换材料,制成的太阳能电池的开路电压达0.5V,短路电流达14mA/cm2,太阳能转换效率达1.3%.尽管转换效率仍很低,但正如审稿人所指出     

量子点敏化TiO2纳米管阵列光电极的制备研究取得新进展

窄禁带半导体量子点作为太阳能电池的敏化剂有许多优点:(1)可以通过控制量子点的尺寸调节能级结构,使其吸收光谱能够匹配太阳光光谱;(2)半导体量子点的固有偶极矩可以使电荷快速分离;(3)量子点吸收一个光子能够产生多个光生电子1),有望进一步提高光电转换效率.     

染料敏化太阳能电池合金对电极材料

对电极(counter electrode,CE)是染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)的重要组成部分,发展性能优异的对电极材料是提高DSSCs光电转换效率的关键.虽然以贵金属铂(Pt)、碳材料、导电聚合物、过渡金属化合物以及复合材料作为对电极都使DSSCs取得了相当高的光电转换效率,但另一类新型的合金对电极材料表现出优异的催化性能且应用于DSSCs中获得了很多令人瞩目的成果.本文综述了近5年来新型合金对电极的研究历程,并对合金材料在DSSCs领域内所面临的问题及其发展趋势进行了展望.     

夹心型多酸修饰TiO_2在染料敏化太阳能电池中的应用

染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为一种新型的光学器件近年来受到广泛关注.然而,光生电子-空穴复合严重影响染料敏化太阳能电池的光电转化效率.多金属氧酸盐(POMs)具有优良的光电化学性质,能够作为极好的电子萃取剂应用于染料敏化太阳能电池光阳极中.本文通过溶胶凝胶法将具有分子内电子转移特性的夹心型多酸化合物K_(15){K_3[(A-α-PW_9O_(34))_2Fe_2(C_2O_4)_2]}·29H_2O与TiO_2复合,制备POM@TiO_2复合光阳极.光学和电化学测试表明,其最低未占分子轨道(LUMO)能级(-0.06V)低于TiO_2导带,光学带隙为2.82eV.光伏性能测试表明基于POM@TiO_2/P25复合光阳极的DSSC效率达到了6.33%,相比于纯TiO_2光阳极电池(5.52%)提高了15%.电化学阻抗谱(EIS)、暗电流测试和开路电压衰减测试证明夹心型多酸化合物有效地抑制电子-空穴复合,增长电子寿命.入射单色光子-电子转化效率(IPCE)测试进一步证明此多酸的引入增强了单色光转化效率(从35%提高到53%).     

基于氧化镱缓冲层实现高效反式结构钙钛矿太阳能电池

<正>为了实现碳中和,能源结构的转型势在必行.太阳能转化的电能在终端能源消费中的比重逐年增长,离不开太阳能电池技术的不断革新.其中,基于金属卤化物钙钛矿的太阳能电池经过10多年的迅猛发展,其光电转换效率已经可以与传统晶硅太阳能电池相媲美,在未来大规模的产业化进程中也被寄予厚望.钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)按器件结构主要分为两类:一类是正式结构电池,一类是反式结构电池.     

锡基钙钛矿太阳能电池研究进展

有机-无机杂化钙钛矿具有优异的光吸收性能和较高的载流子迁移率等优点,相应的钙钛矿太阳能电池在经历短短11年的发展后,光电转换效率已接近单晶硅电池.同时,制备工艺简单、生产成本低等优势令钙钛矿太阳能电池具有极大的商业潜力.然而,存在于传统钙钛矿太阳能电池中铅的毒性仍是限制其大规模生产最重要的阻碍之一.低毒性的锡基钙钛矿继承了铅基钙钛矿绝大部分优异的光电性能,目前最高的光电转换效率已超过13%,但与铅基相比还有一定差距.本文首先介绍锡基钙钛矿的结构和性质,然后分别从添加剂和组分调控两个角度综述锡基钙钛矿太阳能电池近年来的重要研究进展,最后总结该领域存在的挑战和发展方向.     

一种新型的准固态电解质在染料敏化太阳能电池中的应用

用梳状的熔盐型聚合物固化含有机溶剂(如: 乙烯碳酸酯与丙烯碳酸酯混合物、三甲氧基丙腈、N-甲基 烷二酮)的液态电解质, 制备出一种新型的准固态电解质, 并应用于染料敏化太阳能电池中. 通过调节电解质中聚合物的含量, 优化了电解质的各种物理化学性能及组装电池的光电化学参数, 获得了这种新型准固态电解质的最佳组成配方, 准固态电池的光电转换效率达到6.58%(光强100 mW·cm^-2, AM 1.5). 聚合物的加入使电解质由液态转变为准固态, 抑制了有机溶剂的挥发, 提高了染料敏化太阳能电池的稳定性.     

染料敏化太阳能电池中聚合物电解质的优化

用纳晶TiO₂及离子液体1-甲基-3-丙基咪唑碘盐两种功能添加剂对PEO聚合物准固态电解质进行优化, 提高了电池的光电性能. 用(PEO)₈︰LiI︰TiO₂︰IE︰I₂ = 3︰3︰3︰7︰1(摩尔比)的电解质组装电池, 在100 mW/cm²光强下电池光电转换效率达到3.2%, 与无功能添加剂的电解质相比, 光电转换效率提高8倍. 电解质体系的电导率研究表明, 电池光电性能的提高与体系电导率的增大密切相关.     

聚硅氧烷凝胶网络电解质准固态TiO2纳晶太阳电池

用聚环氧乙烷(PEO)内增塑链及季铵盐侧链并存的新型聚硅氧烷凝胶网络聚合物电解质制备了准固态染料敏化TiO2纳晶多孔薄膜太阳电池. 在入射光强为60 mW/cm2的条件下, 电池具有较好的光电转换性能, 短路光电流(Isc)及开路光电压(Voc)分别达到5.0 mA/cm2及0.68 V, 光电转换效率(η)和填充因子(ff)分别为3.4%及0.60.     

新型稠环电子受体的界面修饰对钙钛矿太阳能电池性能的影响

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因具有能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)高、成本低、易于大面积制造等优点而被科学家们广泛关注.氧化物电子传输层的合理界面设计及修饰对提高器件的PCE和工作长期稳定性有着十分重要的意义.因此,本文采用一种含有烷基噻吩基侧链的稠环电子受体材料3,9-二(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰甲烯基)-茚酮))-5,5,11,11-四(5-己基噻吩)-二噻吩并[2,3-d:2′,3′-d′]-s-引达省[1,2-b:5,6-b′]二噻吩(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d:2′,3′-d′]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene, ITIC-Th)修饰TiO2电子传输层,制备高效稳定的平面结PSCs.研究结果显示,ITIC-Th的界面修饰改善了TiO2薄膜的形貌、接触角等性质,促进了钙钛矿晶粒的高质量生长,大幅度减少了器件表界面的电荷复合,明显提升了光生载流子的抽取率和输运效率,使经ITIC-Th界面修饰的PSC的PCE从未经界面修饰的15.43%显著提高到18.91%.与此同时,器件稳定性的研究结果显示,在室温和湿度为30%的条件下,经ITICTh界面修饰的PSC的PCE在放置约1000 h后依然保持原来的90%,明显高于未经界面修饰的PSC.研究结果对PSC光伏性能的提升具有重要的实际应用价值和学术意义.     

钙钛矿太阳能电池中有机空穴传输材料掺杂方法研究进展

新一代有机无机杂化钙钛矿太阳能电池展示出高光电转换效率(25%)、低材料成本和简易制作工艺等优势,被认为是最有应用前景的新一代光伏技术.钙钛矿太阳能电池的未来规模化应用对其稳定性提出了更高的要求.其中空穴传输层是高效率钙钛矿太阳能电池不可或缺的组分,对提升器件的稳定性起至关重要的作用.近年来,随着新型空穴传输材料的开发以及对材料掺杂过程的理解,化学掺杂剂的选择与设计是提升空穴传输材料导电性和稳定性的关键因素之一.基于目前开发的掺杂剂种类和对掺杂机理的了解和认识,本文回顾性总结了有机空穴传输材料化学掺杂方法的研究进展.     

聚合物太阳能电池中富勒烯受体材料研究进展

聚合物太阳能电池具有成本低、质量轻以及柔性可弯曲等优点,近年来受到了国内外的广泛关注.太阳能电池光电转换效率也得到了飞速的提高,从原来不到1%提高到了目前的8%以上.富勒烯是公认的聚合物太阳能电池最佳受体材料,其化学修饰和物理化学性质表征是过去十几年聚合物太阳能电池研究领域的热点.本文就近年来富勒烯衍生物受体材料的开发和改进研究进行归纳,阐述聚合物太阳能电池性能与富勒烯衍生物受体材料结构之间的密切关系,为今后开发高效的聚合物太阳能电池受体材料提供参考.     

上转换发光在染料敏化太阳能电池中的应用

采用水热法制备TiO2:(Er3+,Yb3+)上转换发光粉,并将其应用于染料敏化太阳能电池.添加上转换发光粉可使电池不能吸收用的红外光转化为可以充分吸收的可见光(510～700nm),从而提高电池的光电流.另一方面,作为p-型掺杂,TiO2:(Er3+,Yb3+)提升了氧化物膜的费米能级,因而提高了光电压.当TiO2与发光粉在上转换发光层中的质量比为1:3时,电池的性能最佳,在100mW·cm?2(AM1.5)模拟太阳光辐照下,光电转化效率从不掺发光粉电池的6.41%提高到掺发光粉电池的7.28%.