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.     

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.     

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。     

2018年钙钛矿太阳能电池研发热点回眸

 2018年是钙钛矿太阳能电池发展的第10年,国际上该领域取得了一系列重要进展。从器件效率的持续刷新,钙钛矿材料和器件稳定性问题的解决,器件到模块化制备以及柔性和半透明电池的应用等方面简要介绍了代表性研究进展。     

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...     

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.     

基于无机p型NiO缓冲层的钙钛矿发光二极管发光特性研究

【目的】研究如何提高溴基钙钛矿(CH3NH3PbBr3)发光二极管的发光亮度。【方法】通过在氧化铟锡(ITO)玻璃基底上引入无机p型NiO缓冲层与有机聚合物聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)形成有机/无机杂化空穴传输层,提高空穴注入效率,降低电子溢出。【结果】引入无机p型NiO缓冲层形成有机/无机杂化空穴传输层后,发光二极管的发光亮度提高了约1倍。【结论】该方法不仅可降低PEDOT∶PSS对ITO基底的腐蚀,还能显著提高空穴注入效率,提高发光二极管的发光亮度。     

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。     

钙钛矿太阳能电池缺陷钝化的研究进展

金属卤化物钙钛矿材料的太阳能电池由于其成本低廉,光电性能优异,在过去的11年中取得了巨大的进展.然而,在钙钛矿太阳能电池中存在着大量的有害缺陷,如钙钛矿结构内部存在间隙、空位和杂质缺陷,以及钙钛矿成膜时由于其在晶界和晶面上存在悬空键导致的大量的晶界、界面缺陷.这些有害缺陷严重影响载流子输运,阻碍了钙钛矿太阳能电池能量转...     

基于旋涂-蒸发两步法的CsPbBr3钙钛矿太阳能电池

介绍了一种应用于CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池的旋涂-蒸发两步法工艺,用一步蒸发的方法取代了传统的多步旋涂法,精确地控制了CsBr的厚度,提高了器件的重复性;当CsBr的厚度优化到260 nm时,可以得到纯CsPbBr₃钙钛矿．分析了退火温度对钙钛矿薄膜结晶度的影响,结果表明：在350℃下可以得到高质量的钙钛矿薄膜,最优钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率为7.2%,开路电压为1.27 V,短路电流为7.55 mA/cm²,填充因子为0.752;此外,所制备的CsPbBr₃钙钛矿薄膜在光电探测器应用方面也表现优异,在空气环境下表现出良好的稳定性．     

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。     

Passivation with crosslinkable diamine yields 0.1 V non-radiative Voc loss in inverted perovskite solar cells

Organic-inorganic hybrid perovskite solar cells (PSCs) have attracted continually increasing attention in recent years due to its outstanding photoelectric prop...     

Encapsulation for perovskite solar cells

Organometal halide perovskites with promising electro-optical properties have been emerged as leading semiconducting materi-als for solution-processed optoelect...     

Efficient and stable inverted perovskite solar cells enabled by inhibition of self-aggregation of fullerene electron-transporting compounds

Fullerene-based electron-transporting layers (ETLs) significantly influence the defect passivation and device performance of inverted perovskite solar cells (PS...     

多孔SiO2减反射薄膜的低温制备及光伏应用

采用溶胶凝胶法,使用氨水催化前驱物正硅酸乙酯（TEOS）水解制备SiO2胶体。通过改变溶液浓度调节胶体粒子大小,旋涂低温制备不同折射率纳米多孔SiO2薄膜。使用激光粒度仪和透射电镜分析胶粒大小及分布,粒子分布均匀且在几十纳米范围;使用椭圆偏振仪、紫外/可见分光光度计、扫描电子显微镜表征减反射薄膜的光学性质和表面形貌,发现薄膜表面呈颗粒状且折射率较低,在400nm至800nm波段的透过率平均提高了4%。将溶胶涂在CdS/CdTe太阳电池基底背面,测试结果发现,使用减反射薄膜后电池吸收波段内量子效率（QE）提高,短路电流密度提高了4.45%;光电转换效率由11.50%提高到11.94%。     

低温合成单分散性的纳米铁粉末

采用煤油做试剂、在160～180℃的热分解反应温度下,通过羰基铁的热分解合成单分散性的铁纳米粉末.合成的纳米铁微粒随着反应初始物羰基铁的浓度从0.296mol/L(加入量3.6mL)增加到0.444mol/L(加入量5.4mL)时,其平均尺寸从11.2nm减小到8.6nm,而且它们的形状都是球形.合成的纳米铁微粒通过高分辨率的电子显微镜显示出无定形结构,其表面很容易氧化成尖晶石的四氧化三铁结构.     

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...