TiO2纳米碗阵列作为电子传输层构筑高效率彩色钙钛矿太阳能电池（英文）

钙钛矿太阳能电池的飞速发展及其在构筑一体化和可穿戴器件中的应用前景激发了人们对于彩色钙钛矿太阳能电池的浓厚兴趣,但如何将可见光宽波段吸收且具有高吸光系数的钙钛矿材料构筑成高性能的彩色太阳能电池仍是一个挑战.本文利用TiO2纳米碗阵列作为结构化的电子传输层,并在纳米碗内均匀填充一层CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜,成功制备了具有鲜艳结构色的钙钛矿@TiO2纳米碗阵列薄膜,其结构色具有显著的角度依赖特征.通过路易斯酸碱加合物法制备得到基于醋酸铅的新型晶态中间体薄膜,使得高质量的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜能够在纳米碗内均匀填充.利用该钙钛矿@TiO2纳米碗薄膜可以制备出具有鲜艳结构色的平面异质结钙钛矿太阳能电池,其最高光电转化效率可以达到16.94%,平均效率达到15.47%,均高于现已报道的彩色钙钛矿太阳能电池的转化效率.     

钙钛矿太阳能电池的研究进展

钙钛矿太阳能电池由纳米晶致密层、钙钛矿型光活性层CH₃NH₃PbX₃ (X= Cl、Br、I)、空穴传输层及对电极组成。其中光活性层吸光材料的种类及其成膜技术、空穴传输层材料类型及结构设计是影响钙钛矿太阳能电池光电性能的重要因素。本文结合钙钛矿太阳能电池近年来的最新研究进展, 对影响器件光电性能的关键因素: 光吸收层、空穴传输层、工艺参数以及结构设计等进行综述, 同时展望了钙钛矿太阳能电池未来的发展趋势。     

钙钛矿太阳能电池中NiOx空穴传输层的研究进展

半导体氧化镍（NiO_x）价格便宜、空穴迁移率高、化学稳定性好且可低温制备,由其作为空穴传输层（HTL）制备的反式钙钛矿太阳能电池极具市场应用前景。NiO_x HTL的制备与优化对电池器件的性能至关重要。系统介绍了钙钛矿太阳能电池中NiO_x薄膜的制备工艺及其研究进展。阐述了O₂-plasma、紫外、表面钝化等后处理方式对NiO_x薄膜的缺陷态、表面化学状态以及材料功函数的调控影响。重点综述了掺杂（过渡金属、碱金属、稀土元素掺杂和元素共掺杂）对NiO_x薄膜光学和电学性能以及器件光电性能的影响。最后对NiO_x基钙钛矿太阳能电池的未来发展方向进行了展望。     

CH_3NH_3PbI_2Br光吸收层薄膜的制备

采用一步法在大气环境下制备连续的CH_3NH_3PbI_2Br钙钛矿薄膜。通过在标准前驱液[甲基溴化铵(CH3NH3Br)、碘化铅(PbI2)的二甲基甲酰胺(DMF)溶液]中添加甲基氯化铵(CH3NH3Cl)制备出了连续覆盖率高的CH_3NH_3PbI_2Br钙钛矿薄膜,并探究了退火温度对薄膜晶化过程、微结构及光吸收特性的影响。结果表明:CH3NH3Cl的添加大大影响了CH_3NH_3PbI_2Br钙钛矿薄膜的结晶过程,改善了薄膜连续性和光吸收特性。X射线衍射谱图表明,添加剂CH3NH3Cl对形成的钙钛矿薄膜成分没有影响。当退火温度为100℃时,薄膜的生长特性较好,薄膜较为致密连续,光吸收特性最好,且退火温度不影响其禁带宽度的变化,有利于其在晶硅叠层太阳能电池中的应用。     

两步旋涂沉积条件对钙钛矿薄膜形貌和电池性能的影响研究

钙钛矿薄膜的制备条件和生长过程对其太阳电池性能有着至关重要的影响。基于两步旋涂法,采用4种不同的薄膜工艺制备了平面异质结型钙钛矿太阳电池,系统地研究了CH3NH3PbI3薄膜形貌对于太阳电池性能的影响。实验发现,PbI_2溶液的溶剂成分以及CH_3NH_3I溶液的浓度对于生成的CH_3NH_3PbI_3光活性层形貌和太阳电池性能有着显著影响。相比于纯的N,N-二甲基甲酰胺(DMF),采用DMF/二甲基亚砜(DMSO)的混合溶剂配制PbI_2溶液,获得的钙钛矿薄膜层更加平整致密,器件性能更高且性能的重现性更好。通过制备条件的优化,得到了14.2%的最佳能量转换效率。此外还分析了器件伏-安(J-V)特性测量中出现的回滞现象及其可能原因,并发现在空穴层传输层和金电极间插入6nm MoO_3层能够显著地抑制J-V回滞效应。     

电荷传输层和热退火对钙钛矿薄膜电学性能的影响

有机-无机杂化钙钛矿(PVK)薄膜材料因具有较高的消光系数、较高的载流子迁移率、较低的激子束缚能、可控的禁带宽度等优势,近年来成为光伏研究的热点。钙钛矿太阳能电池器件结构简单、制备工艺高效、材料成本低廉,有望在未来取代传统硅电池。电荷传输层是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,本工作详细研究了不同底层电荷传输层对钙钛矿薄膜的表面电势、载流子复合寿命及电池性能的影响。扫描开尔文探针显微镜(SKPM)结果表明,底层电荷传输材料的导电类型会显著改变钙钛矿薄膜的表面电势,这一结果证实了钙钛矿薄膜的弱掺杂属性。当钙钛矿薄膜沉积在电子传输层衬底上时,薄膜表面电势高、功函数小,可能呈n型;反之,当薄膜沉积在空穴传输层衬底上时,薄膜表面电势低、功函数大,呈p型。进一步分析基于不同电荷传输层的钙钛矿薄膜的性能,发现表面光电压与电荷传输层性能之间存在一定联系。同时,进一步研究了钙钛矿薄膜的热稳定性与表面光电压之间的联系,发现表面光电压的变化能在一定程度上反映薄膜的热稳定性,并得出溴离子(Br~-)、甲基氯化胺(MACl)和铯离子(Cs~+)对钙钛矿薄膜的热稳定性具有一定提升作用。     

大连化物所大尺寸钙钛矿单晶研究取得进展

<正>近日,大连化物所所洁净能源国家实验室太阳能研究部硅基太阳能电池研究组刘生忠研究员带领其团队利用升温析晶法,首次制备出了超大尺寸单晶钙钛矿CH3NH3PbI3晶体,尺寸超过2英寸(大于71mm),这是世界上首次报导尺寸超过0.5英寸的钙钛矿单晶。相关结果在线发表在《先进材料》期刊上。     

无机电荷传输层在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中的应用及研究进展

近年来,基于有机-无机杂化钙钛矿材料为光活性层构建的太阳能电池由于具有直接带隙、吸光系数高、激子束缚能低、激子和载流子扩散距离长,以及成本低、制备工艺简单、光电转换率高、易于实现大面积柔性器件等优点,而成为当今新型光伏技术中一颗耀眼的新星。在钙钛矿太阳能电池中,电荷传输层在提高光电转换效率、稳定性及寿命等方面扮演着非常重要的角色,其中无机电荷传输层因具有载流子迁移率高、稳定性好、制备工艺简单等优势越来越受到人们的关注。本文总结了无机电荷传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用,详细介绍了各种无机电子/空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

单分子液晶添加剂在甲脒铅碘钙钛矿太阳能电池中的应用

溶液制备的钙钛矿薄膜通常含有大量晶界,会降低薄膜结晶质量,导致缺陷复合,不利于提升器件性能。因此，制备更高结晶质量的薄膜来进一步提升能量转化效率是钙钛矿太阳能电池面临的挑战。液晶分子具有强的自组装能力和形貌调节能力,本研究引入一种向列型单分子液晶4-氰基-4′-戊基联苯(5CB)作为甲脒铅碘(CH(NH₂)₂PbI₃, FAPbI₃)钙钛矿前驱液的添加剂,可以增大钙钛矿晶粒尺寸,减少晶界。此外, 5CB的氰基能钝化钙钛矿晶粒表面未配位的Pb²⁺,降低缺陷态密度,从而抑制非辐射复合。经过优化,添加0.2 mg/mL 5CB的钙钛矿太阳能电池的能量转化效率达到21.27%,开路电压为1.086 V,电流密度为24.17 mA/cm²,填充因子为80.96%。本研究证明使用单分子液晶作为添加剂是提升FAPbI₃钙钛矿电池性能的有效策略。     

SnO2退火温度对钙钛矿太阳能电池性能的影响

电子传输层是钙钛矿太阳能电池的关键部分, 起到阻挡空穴、传输电子和减少电子空穴复合的作用。本研究采用低温溶液法制备SnO₂薄膜作为钙钛矿电池的电子传输层, 研究SnO₂的退火温度对电子传输层微观形貌、物理性能以及钙钛矿太阳能电池性能的影响。结果表明: 当退火温度为60、90、120和240 ℃时, SnO₂薄膜表面存在较多的孔隙; 而退火温度为150、180和210 ℃时, 薄膜表面孔隙较少。在实验温度下, 制备的SnO₂薄膜为四方相, FTO玻璃上涂覆SnO₂薄膜后其透过率要优于空白FTO玻璃的透过率。当SnO₂退火温度为180 ℃时, 薄膜的电子迁移率最高, 钙钛矿电池具有最佳的传输电阻和复合电阻, 所得电池的性能最优, 其光电转换效率为17.28%, 开路电压为1.09 V, 短路电流为20.91 mA/cm², 填充因子为75.91%。