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。     

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。     

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.     

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。     

有机-无机钙钛矿晶体生长调控研究进展

钙钛矿太阳能电池是近5年太阳能转化利用领域的研究热点,受到国内外研究者的广泛关注.ABX3钙钛矿不但具有快速传递空穴和电子的能力,而且具有强而宽的可见光吸收性能.介观和平面结构钙钛矿薄膜电池是并重发展的钙钛矿太阳能电池.其小于1!m钙钛矿光活性层使得器件对钙钛矿层的结晶度和成膜性有着较高的要求.通过控制钙钛矿的结晶方式和质量来提高膜的性能就成为了提高电池光电转化效率的重要方式之一.第一部分综述了各种制备条件下利用一步法和两步法合成ABX3太阳能电池钙钛矿薄膜.进一步通过提高钙钛矿材料的晶体质量,将钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从3.8%提高到20%.此外,和钙钛矿薄膜相比,钙钛矿大晶体不但具有较长的载流子传输路径,而且结构更加完整,更有利排除其他因素的干扰,增进对钙钛矿结构的深入解析.因此第二部分重点介绍了钙钛矿单晶的性能和制备方法,并对其在太阳能电池和光电探测器中的应用做了初步展望.     

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。     

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。     

CdBr2对CsPbBr3钙钛矿晶界处缺陷态调控及光电性能影响

通过CdBr₂对全无机CsPbBr₃钙钛矿薄膜进行钝化处理,研究不同浓度CdBr₂的异丙醇溶液对全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池光电性能的影响.结果表明:CdBr₂钝化CsPbBr₃钙钛矿表面后,降低了钙钛矿表面的Br空位缺陷密度,抑制了非辐射复合,促进了光生电子和空穴的抽取和传输,因此降低了界面光电子复合损失,使全无机钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率从6.58%提高到8.19%,开路电压从1.368 V提高到1.531 V.     

低温电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响

在TiO_2,ZnO,SnO_2三种低温电子传输层上,利用相同的钙钛矿薄膜沉积方法制备了钙钛矿太阳能电池,直接比较了三种电池的性能优劣,并从薄膜形貌、光学和电学性质等方面分析了造成性能差异的可能原因。结果表明:基于SnO_2的钙钛矿太阳能电池由于高的短路电流密度(J_(SC)=19.13 mA/cm~2)和填充因子(F_f=72.69%),具有最高的能量转换效率(P_(CE)=14.74%),基于TiO_2的电池次之(11.94%),ZnO基电池效率最低(9.03%).所制备的低温SnO_2基钙钛矿太阳能电池与基于常规高温TiO_2的钙钛矿电池具有相近的能量转化效率,从而使低温SnO_2电子传输材料在柔性、低成本钙钛矿电池领域展示出巨大的应用潜力。     

钙钛矿太阳能电池伏安特性分析与计算

采用AMPS-1D软件对以CH_3NH_3PbI_3材料为活性层,ZnO为电子缓冲层,Cu_2O为空穴缓冲层的n-i-p钙钛矿太阳能性能进行模拟优化.探讨了活性层厚度、空穴缓冲层厚度以及温度对钙钛矿太阳能电池性能的影响.优化后的钙钛矿太阳能电池器件参数为CH_3NH_3PbI_3厚度500 nm、ZnO厚度100 nm、Cu_2O厚度50 nm,此时钙钛矿太阳能电池V_(oc)=0.891 V,J_(sc)=22.813 mA/cm~2,FF=0.793,E_(ff)=16.12%.     

大面积钙钛矿薄膜的全方位热处理工艺研究

卤化物钙钛矿因为优异的光电性能和溶液法低成本的制备工艺获得了广泛的关注,并取得了飞速的发展。然而,钙钛矿薄膜仍然存在着大面积、高复现性和精准化学计量比制备难以实现等问题,阻碍了其商业化。本文介绍了一种液体介质退火(liquid medium annealing, LMA)方法。该方法选取高热导率、低黏度的苯甲醚制备了一个稳定的热处理液体环境,可实现钙钛矿薄膜的全方位加热,进而调节钙钛矿薄膜的生长。苯甲醚液体介质可轻易萃取钙钛矿薄膜中的残余溶剂(例如DMSO等),抑制钙钛矿中有机组分和卤族元素的挥发,避免周围环境中水、氧等在热处理过程中对钙钛矿薄膜的破坏;进而形成低缺陷密度、理想化学计量比、高均匀性、高复现性和较少的环境影响的高质量钙钛矿薄膜。采用该方案制备钙钛矿太阳能电池展现了良好的光电性能和复现性,当面积为0.08 cm2时电池的光电转换效率超过24.04%,当面积为1 cm2时电池的光电转换效率超过23.15%,并且平均效率大于23%。     

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.     

钙钛矿太阳能电池中吸光材料的发展现状

钙钛矿材料作为光吸收层的太阳能电池是一种广受关注的新型太阳能电池,其光电转换效率从2009年的3.8%快速增加到2014年的19.3%。综述了钙钛矿材料的光电性质、制备方法和研究进展,分析了其研究趋势及需要解决的问题,并对钙钛矿太阳能电池的未来发展进行了展望。     

CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器的短脉冲光电响应

以Nd:YAG纳秒脉冲激光器的2倍频输出(532 nm)作为激发光源,比较了1步法、2步法制备钙钛矿光电探测器对ns量级短脉冲激光的光电响应.结果表明,2种钙钛矿光电探测器的上升沿响应时间相当,为20～ 25 ns,且随着探测器的性能退化,上升沿响应时间基本保持不变;在灵敏度方面,2步法CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器能够在更大入射能量范围内保持线性响应,且在低能入射条件下具有更佳的光电转换效率;在光电转换效率的长时间稳定性方面,1步法CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器优于2步法CH3NH3PbI3钙钛矿光电探测器.所得结果既有助于钙钛矿光电探测器的光电转换行为表征,也有利于拓展钙钛矿光电探测器的应用范围.     

新型固态太阳能电池中对有机-无机钙钛矿材料的调控(英文)

近年来,有机-无机钙钛矿太阳能电池得到了迅猛的发展,其光电转化效率从2009年的3.8%提高至2014年底的20%左右.本文首先介绍了有机-无机钙钛矿材料的光学和电学特性,以及钙钛矿电池的结构和组成.随后,重点列举了一些制备有机-无机钙钛矿层的新颖、简洁、有效的方法,以及这些制备方法对钙钛矿层的形貌和电池性能产生的影响.此外,总结了对钙钛矿材料本身的修饰,包括对有机官能团的调控和对卤素的选择,及其对晶体结构和电池工作情况的影响.同时,归纳了几种无铅钙钛矿在用作太阳能电池中的吸光剂时的优劣性.最后,我们探讨了提高钙钛矿电池的光电转化效率的方向,以及提高其稳定性的解决方法.     

两步旋涂法制备CH_3NH_3PbI_3太阳能电池

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其高的能量转化效率、低的制造成本而引起广泛的关注.本文中采用两步旋涂法,通过改变MAI的转速来制备高性能钙钛矿太阳能电池.研究发现,通过改变MAI的转速可以调控PbI_2的残余量,适度残留的PbI_2可减少电子空穴复合,提高电池光电性能,电池能量转化效率达到15.90%(在一个模拟太阳AM 1.5G光照下),且具有较好稳定性.但过量的PbI_2的残余会影响钙钛矿太阳能电池短路电流,降低电池光电转换效率.     

基于环境友好的绿色反溶剂法的高效CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池

CH₃NH₃PbI₃(MAPbI₃)钙钛矿电池的能量转换效率与钙钛矿薄膜质量密切相关。为了获得高质量的钙钛矿薄膜，通过优化薄膜制备方法和工艺流程，发现绿色反溶剂乙酸丙酯和丙二醇甲醚能促进PbI₂粒子的成核，提供CH₃NH₃PbI₃钙钛矿晶体的异相成核位点，从而促进钙钛矿晶体的快速生长。研究表明，与常用的有毒溶剂氯苯处理的钙钛矿薄膜相比，通过乙酸丙酯和丙二醇甲醚处理的薄膜晶粒较大，均方根值较低，表面粗糙度获得较大优化，可以获得晶粒尺寸均匀、接近钙钛矿载流子扩散长度的全覆盖钙钛矿薄膜。测试不同处理条件下的器件性能发现，与氯苯处理的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿太阳能电池(能量转换效率为17.86%)相比，绿色反溶剂丙二醇甲醚处理的器件的最佳效率为21.60%,提高近21%,该实验结果对今后获得环境友好的高质量钙钛矿型太阳能电池具有一定的参考价值和指导意义。     

针状α相AZrX3（A=Ca,Sr,Ba;X=S,Se）无铅硫族钙钛矿光电特性的第一性原理计算

通过密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统研究了针状α相AZrX₃（A=Ca, Sr, Ba; X=S,Se）无铅硫族钙钛矿的晶体结构、力学性质和光电性质,并采用modified Becke-Johnson（mBJ）计算方法对带隙进行修正。结果表明：AZrX₃钙钛矿材料为直接带隙半导体,具有良好的力学和热力学稳定性。其中,针状α-SrZrS₃具有电子有效质量小（0.33m₀）和在可见光区域光吸收系数高(～4×10⁵cm^-1)等特点。且在材料厚度为1.0μm时,光谱极限最大效率（SLME）高达～32.64%,是潜在的太阳电池吸光层材料。同时,AZrSe₃的光电性质计算显示它们也是潜在的光电材料。本研究可以为实验上进一步制备和研究无铅硫族钙钛矿材料的光电性能提供可靠的理论指导。     

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．     

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.