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.     

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.     

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...     

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。     

MOFs在钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells, PSCs)因其迅速发展的能量转换效率而备受关注.提高PSCs性能特别是稳定性仍是人们研究的热点.金属有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)因其高比表面积的孔隙结构、功能结构可设计性强等优点,被应用在钙钛矿太阳能电池中,表现出优异的性能.总结了MOFs在调控钙钛矿的结晶、钝化缺陷、提高载流子的迁移率和其他功能方面的研究,并提出了目前PSCs研究中MOFs存在的卡脖子问题及可优化的方向,对进一步提高MOFs在增强PSCs器件的效率和稳定性方面的价值具有重要意义.     

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。     

二茂铁修饰碳电极应用于钙钛矿太阳能电池的研究

二茂铁是一种具有良好氧化还原能力的金属有机化合物.近几年,二茂铁及其衍生物的光伏性能受到了极大的关注.本文将二茂铁引入钙钛矿太阳能电池,并成功组装了钙钛矿太阳能电池FTO/bl-TiO_2/mp-TiO_2/CH_3NH_3PbI_3/spiroOMeTAD/C/二茂铁(FC).二茂铁的HOMO能级(-4.8 eV)和碳电极的能级(-5.0 eV)与空穴传输相匹配.二茂铁层是将10 mg mL-1二茂铁氯苯溶液通过旋涂成膜制成,并覆盖在碳电极上.钙钛矿太阳能电池的能量转换效率由5.8%提升到6.2%.     

铅基钙钛矿太阳能电池界面工程的研究

在wxAMPS太阳能电池数值模拟软件微平台上,对ITO/ZnO/界面层(IFL)/MAPbI₃/Sprio-OMeTAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池(PSCs)的电子传输层(ETL)/吸收层的界面工程进行研究。结果表明:在界面层缺陷密度低于1014 cm-3时,PSCs的电池性能几乎不变,当缺陷密度高于1014 cm-3时,PSCs的电池性能急剧下滑。当界面层与吸收层亲和势差(Δχ)在-0.7~-0.1 eV范围时,各项电池性能参数均随Δχ的增大而增大;当Δχ在-0.1~0.5 eV范围时,各项电池性能呈平缓增长;当Δχ大于0.5 eV时,电池的短路电流(J_SC)呈平缓增长趋势,而开路电压(V_OC)、填充因子(FF)及光电装换效率(PCE)快速降低。当带隙E_g在0.9~1.4 eV范围内增大时,PSCs的V_OC、FF和PCE均上升;当带隙E_g大于1.4 eV,PSCs的各项性能参数基本不变。     

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.     

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。     

基于碱金属氯化物的钙钛矿太阳能电池界面钝化

针对钙钛矿太阳能电池的电子传输层/钙钛矿层界面处存在的大量缺陷,提出了一种无机盐界面钝化的优化策略.该策略选用低成本的氯化锂(LiCl:Lithium Chloride)作为电子传输层/钙钛矿层的界面钝化材料,制备了器件结构为ITO/TiO2/LiCl/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Ag的钙钛矿太阳能电池.在引入浓度经过优化的LiCl后,钙钛矿太阳能电池的短路电流密度和填充因子达到21.05 mA/cm2和72.55％,能量转换效率为16.95％,与没有引入LiCl的器件相比提高了23.00％.对器件和薄膜进行表征后发现,LiCl可以钝化界面处的缺陷和陷阱,并提高了TiO2的电导率,从而减少了界面复合损失,促进了电荷传输.     

ZnO陷光结构材料的制备及其太阳能电池性能的研究

采用一步低温水溶液法在未制绒的单晶硅材料表面制备ZnO纳米棒阵列陷光结构材料,通过调控生长温度,对纳米棒阵列参数进行调控.利用扫描电子显微镜对不同条件下制备的ZnO纳米棒阵列材料的形貌进行表征,探究生长温度对阵列参数的影响.采用X射线衍射仪、荧光分光光度计、紫外-可见-近红外光谱仪对ZnO纳米棒阵列的晶体结构及光学特性进行分析.结果表明:低温水溶液法制备的ZnO纳米棒阵列结构具有较好的晶体品质、较高的透过率及较好的陷光效果.与2种材料(未制绒的裸硅片、仅有SiN_x减反射层的硅片)的表面相比,陷光结构硅的表面反射率有较大幅度的降低.将该陷光结构材料应用于未制绒且镀有SiN_x减反射层的单晶硅太阳能电池,与裸硅表面材料的太阳能电池相比,该电池的短路电流密度及转换效率分别提高了30.19%和33.87%.该陷光结构材料具有较好的陷光效果,且易于通过调控生长条件对其陷光效果进行优化.     

我国发展太阳能产业政策刍议

随着经济的发展,我国的能源问题凸现,长远来看,可再生能源是国家发展的最终选择。从我国太阳能的现状、问题出发,结合国外太阳能产业发展的成功经验,围绕如何促进我国太阳能产业发展给出了政策建议。     

常用光源对太阳电池性能的影响

讨论了太阳、荧光灯、白炽灯的光谱对太阳电池的影响，分析了同亮度下，太阳电池在荧光灯下不能工作，而在白炽灯下能正常工作的原因．     

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.     

太阳能在我国的应用及发展前景

介绍了太阳能的应用技术 ,如太阳能发电、太阳能制冷与空调技术等在国内外的发展现状与前景 ,并依据我国能源短缺、环境污染的国情以及自然条件和科技力量 ,提出了对太阳能应用技术的见解 ,也指出了开发研究过程中应注意的问题 ,论证了开发太阳能应用技术的必要性和可行性     

类单晶硅太阳电池制绒工艺及光致衰减现象研究

类单晶硅作为一种较新的太阳电池用硅材料,进一步了解类单晶硅太阳电池的工艺及性能显得非常必要,文中通过酸碱两步制绒法对类单晶硅的制绒工艺进行了探讨,然后对常规工艺制备的类单晶硅太阳电池进行了光致衰减实验,经过与单晶硅及多晶硅太阳电池的对比发现,类单晶硅太阳电池表现出了相对优越的稳定性。实验表明类单晶硅太阳电池具有一定的优势,其发展前景广阔。