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。     

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NiO空穴传输层的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿太阳能电池的光伏特性

从2009年至今,基于卤族元素的有机-无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池由于简单的制备工艺和优良的光电转化效率,成为有望替代传统硅基太阳能电池的一种新型太阳能电池,由于其通常采用价格昂贵的有机空穴/电子传输层材料,所以虽然可获得较高的光电转化效率,但生产成本较高.本文选用价格低廉性质稳定的NiO为空穴传输层材料,利用旋涂热解法在导电ITO玻璃上制备平整致密的NiO薄膜,然后采用两步溶液法,在其上制备平均粒径约为150 nm的CH_3NH_3PbI_3吸光层,最后组装成ITO/NiO/CH_3NH_3PbI_3/PCBM/Ag平面倒置异质结型电池单元.本文对比研究了不同退火温度制备NiO薄膜的表面形貌和晶体结构,以及制备的电池单元的光伏性能.本文对比实验结果表明, 500°C退火处理的NiO薄膜最平整致密,以其为空穴传输层的未封装电池单元在大气环境中进行模拟太阳光辐照测试,可获得7.63%的光电转化效率和1 V的开路电压,优于类似条件下制备的以NiO为空穴传输层的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池.     

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.     

CuI空穴传输层提高聚合物太阳能电池J_(sc),V_(oc)及FF的研究（英文）

针对碘化铜在器件中既是空穴传输层,又是电子阻挡层的特点,提出在PCDTBT、PC70BM聚合物太阳能电池中引入了碘化铜(CuI)传输层。将碘化铜淀积到顶电极银和聚合物材料之间,有效地提高了器件的空穴传输能力。实验优化了碘化铜传输层的厚度,研究了不同顶电极对聚合物太阳能电池的影响,证明了碘化铜能够同时提高电池的短路电流密度、开路电压和填充因子,因此得到了效率显著提高的太阳能电池。对于使用金电极的电池,碘化铜厚度为3nm时,电池效率从0.67%提高到5.47%,当进一步提高碘化铜厚度时,对于金、银两种电极,电池效率均由于阻挡效应而下降。实验结果表明,碘化铜是PCDTBT、PC70BM聚合物太阳能电池的一种有效的传输层材料。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高性能CuSCN无机空穴传输层的制备及其在平面异质结双面钙钛矿太阳电池中的初步应用

低成本、宽带隙p型无机CuSCN凭借其卓越的透过率和优异的空穴迁移率,已成为目前双面钙钛矿太阳电池中一种理想的空穴传输层(HTL)材料.CuSCN无机HTL的结晶质量、表/界面性质及光、电特性是影响电池双面性能参数的关键因素.本文提出采用缓慢挥发法促使CuSCN充分结晶生长并且形成均匀覆盖的高质量、大晶粒CuSCN晶体薄膜,有效改善CuSCN与钙钛矿和背电极之间的界面特性,显著提高光生载流子抽取、传输与收集性能.通过调控CuSCN无机HTL厚度及其工艺条件,优化得到前面效率为12.78%和后面效率为9.79%的n-i-p型平面异质结双面钙钛矿太阳电池.整个电池制备过程不涉及任何高成本材料和高温工艺,为研发高效柔性、半透明及钙钛矿基叠层太阳电池组件奠定了坚实基础,表现出良好的商业转化应用前景和重要的研究价值.     

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。     

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.     

有效阴极结构和空穴缓冲层的有机电致发光器件

在有机电致发光器件的电子传输层与注入层之间,以m-MTDATA作为HIL,使用三氧化钼(MoO3)插入超薄层LiF-Al-Alq3,有效促进电子注入;然后,从热动力学引发化学反应,生成n型Alq3掺杂物和促进电子注入的角度进行解释.用MoO3作为空穴注入缓冲层,插入到空穴注入层与传输层之间,利用其最高被占用分子轨道适合作缓冲层的特点,提高空穴注入能力.改善载流子注入后,电流效率、功率效率及亮度分别提高了64%,101%和63%,电压下降26%.     

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.     

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。     

溶剂蒸汽退火对钙钛矿薄膜形貌和电池性能的影响

针对钙钛矿太阳能电池钙钛矿吸光层在溶液法旋涂中出现的薄膜旋涂不均匀、针孔、结晶性不好的现象,采用溶剂蒸汽退火和直接接触嵌入法(DCIP)结合的方法制备了结晶均匀并且晶体比较大的钙钛矿活性层。结果表明,当二甲基亚砜(DMSO)的加入量为15μL时,钙钛矿的平均粒径由大约300nm增加到1 200nm,对应电池的光电转化效率也由11%升高到14.33%.由此提高了钙钛矿太阳能电池的性能,并为制作面积较大的钙钛矿太阳能电池提供了依据和方法。     

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%.     

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.     

基于自组装二氧化钛空穴阻挡层的高效钙钛矿太阳能电池

器件兼容功能层的自组装工艺是一种简单、可行和节能的策略。在介孔钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)中,致密的TiO₂膜起到空穴阻挡层的作用,而介孔的TiO₂膜起到电子传输层的作用。然而,这两层通常都要通过高温退火法获得。在此,我们通过室温自组装工艺沉积了致密的TiO₂薄膜,以作为PSCs有效的空穴阻挡层。通过沉积时间控制致密TiO₂薄膜的厚度。优化致密TiO₂薄膜的厚度(80 nm),有无空穴传输层的介孔PSCs的能量转化效率分别为17.95%和10.66%。值得注意的是,基于自组装TiO₂的全低温PSCs显示出16.41%的能量转化效率。     

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.