铜铟镓铝硒(Cu(InGaAl)Se2)薄膜制备及其光学性能研究

本文采用溶剂热法制备出掺铝的铜铟镓硒Cu(InGaAl)Se₂(简称CIGAS)纳米粉末,并直接将此纳米粉末作为蒸镀材料制备铜铟镓铝硒CIGAS薄膜,再将其放置在装有高纯硒粉的自制密封法兰内在真空下进行硒化和退火处理,从而得到符合化学计量比的铜铟镓铝硒CIGAS薄膜。采用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)以及扫描电镜(STM)观测和能谱(ED)对样品结构和成分进行测量,确认CIGAS薄膜样品是黄铜矿结构和铜铟镓硒成分。采用椭圆偏振光谱测量术对铜铟镓铝硒CIGAS薄膜进行椭偏光谱测量,进而得出薄膜光学参数如折射率n(λ)、消光系数k(λ)、吸收系数以及薄膜光能隙Eg, 并发现Al元素的掺杂明显增加了薄膜光能隙,并进行了相关物理分析。     

大面积钙钛矿薄膜制备技术的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其较高的光电转换效率和较低的生产成本而备受关注.其优异的光电性能主要归因于该类钙钛矿材料的光吸收系数高、载流子迁移率高、载流子寿命长、带隙可调等物理特性;由于其可基于溶液加工法进行规模化生产,使其生产成本大幅降低,并快速成为新型薄膜太阳能电池新星.在过去十年的时间里,钙钛矿太阳能电池小面积器件(<1 cm2)的光电转换效率已经从2009年的3.8％迅速飙升至25.2％;而其小模块级组件(10～800 cm2)效率已提升至18.04％;模块级组件(>800 cm2)的光电转换效率也已经刷新到16.1％.小面积器件和模块级组件效率失配的关键因素之一是高质量、高均一性的大面积钙钛矿薄膜沉积方法的局限性.小面积器件钙钛矿成膜通常使用的是溶液旋涂法;但是,溶液旋涂法存在厚度不均匀、原料浪费严重等缺点,因而不适合用于制备大面积钙钛矿薄膜.当前,大面积钙钛矿薄膜的沉积方案处于多样化的研究当中,尚未形成稳定的工业化生产规模.迄今为止,主要报道的大面积钙钛矿薄膜的制备方法主要有:刮刀涂布法、狭缝涂布法、喷涂法、喷墨打印法、软覆盖沉积法、气相沉积法.本文归纳总结了近期大面积钙钛矿薄膜制备方法的研究进展;并对其基本原理进行分析与讨论,对比了各种大面积钙钛矿薄膜制备方法的优缺点;展望了它们在未来研究和产业化过程所面临的问题及其发展前景;旨在加深读者对大面积钙钛矿薄膜的沉积方法的理解,以期为大面积、高效率钙钛矿模组的研究与开发提供有益的参考.     

利用混合溶剂实现钙钛矿材料微观结构和光电性能优化

采用纯N, N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂、纯二甲基亚砜(DMSO)溶剂以及DMSO/DMF不同体积比例混合溶剂制备钙钛矿(CH₃NH₃PbI₃)薄膜, 并系统研究了不同溶剂对钙钛矿薄膜微结构及光电特性的影响。结果表明, 随着DMSO在混合溶剂中比例增加, 钙钛矿薄膜平均晶粒尺寸增大, 碘化铅(PbI₂)残留量降低, 同时薄膜中有序的钙钛矿晶体所占比例呈现先增大后减小的趋势, 并且当DMSO占混合溶剂体积比为60%时达到最大。薄膜Urbach能, 载流子寿命以及PbI₂含量之间的关系表明, 微量的PbI₂可有效钝化钙钛矿薄膜的缺陷。经过优化后(DMSO占混合溶剂体积比为30%), 钙钛矿太阳电池的光电转换效率达到15.1 % (V_OC=0.99 V; J_SC=20.9 mA/cm²; FF=0.73)。