空穴传输材料在高效钙钛矿太阳能电池中的发展演变

钙钛矿太阳能电池(PSCs)转换效率已从2009年的3.8%上升到2017年的22.7%,其快速的发展可能使光伏工业进入革命新阶段。空穴传输材料(HTM)是构成高效钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,开发和设计导电性好、成本低、稳定性好的空穴传输层材料对钙钛矿太阳能电池的研究显得非常重要。本文将近几年应用于钙钛矿太阳能电池中较高效的空穴传输材料归纳为有机小分子类、有机聚合物类和无机材料类,同时也介绍了无空穴传输层的钙钛矿电池。详细评述了基于各类空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池的光电性能及稳定性,重点讨论了HOMO能级、空穴迁移率、添加剂的掺杂等因素对钙钛矿太阳能电池的影响。最后指出了空穴传输材料未来的研究重点和发展趋势。     

倒置钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的研究进展

倒置钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有器件结构简单、吸光系数高、迟滞效应小、良好的缺陷容忍性等优点,受到了广泛的关注。但倒置器件光电转换效率(PCE)尚有待提高,究其原因是空穴传输层(HTL)和钙钛矿层界面处的能量损失表现出相对较小的开路电压。文章综述了包括有机聚合物、无机物、尖晶石氧化物等作为空穴传输材料的相关研究进展,进一步分析了通过调节电极/空穴传输层能级使之与钙钛矿价带匹配,及通过界面修饰促进器件对载流子的注入与收集,从而提高光电转换效率的研究现状。对提高倒置钙钛矿太阳能电池性能的研究具有一定的指导意义,最后对倒置器件的应用前景进行了展望。     

钙钛矿太阳能电池的研究进展

作为一种新型清洁可再生能源,钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PSC)从发展至今已取得了重大的突破,成为研究的热点。主要介绍了钙钛矿太阳能电池的基本结构和工作原理及电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层的制备方法,以及在发展过程中所面临的技术问题,最后展望了钙钛矿太阳能电池未来的研究重点及发展前景。     

复合钙钛矿太阳能电池电荷传输层材料研究进展

有机无机复合钙钛矿太阳能电池因具有适合的载流子扩散长度而成为备受关注的有望获得高效率的光伏器件。复合钙钛矿材料本身不含贵金属元素,可以采用液相法或物理气相法低温制备,成本低廉,但目前应用最多的电子传输层材料TiO2需400~500℃煅烧,与柔性基底及低温制备技术适应性差;空穴传输层材料SpiroOMeTAD合成工艺复杂,价格高昂,限制了复合钙钛矿太阳能电池的开发应用。开发和研究导电性好、成本低、稳定性好的电子和空穴传输层材料是复合钙钛矿太阳能电池研究中的一个非常重要的方面。综述了复合钙钛矿太阳能电池中电荷传输层材料的研究进展及发展方向。电子传输层材料方面通过对TiO2的改性以及与石墨烯的复合,采用ZnO、石墨烯或PCBM作为电子传输层材料,以与柔性基底及低温制备技术相适应。空穴传输层材料方面,采用其它低成本、导电性高的有机p型半导体替代spiro-OMeTAD;采用无机空穴传输层材料以避免有机空穴传输层材料的老化问题,提高电池的长期稳定性;利用复合钙钛矿材料兼作吸收层与空穴传输层,制备无空穴传输层材料结构电池以降低成本,提高稳定性。     

溶液法合成的功能无机材料氧化镍对钙钛矿太阳能电池光电性能的影响

功能无机材料氧化镍 （NiO_x） 作为钙钛矿太阳能电池中最有前途的空穴传输材料之一,其有着高空穴迁移率、良好的稳定性、易于加工以及适合的费米能级等优点。但是,由于 NiO_x自身固有电导率低,Ni空位的电离能相当大,未掺杂的 NiO_x中空穴密度受到很大限制,加上孔洞的积累增加了载流子复合的可能,从而降低了有效的电荷收集。因此,优化 NiO_x薄膜的成膜质量是解决上述问题的关键。本文通过溶液法使用乙二醇甲醚（MEA）、乙醇（EA）和去离子水作为溶液,分别制备了 DME-NiO_x、EA-NiO_x 和 NCs-NiO_x 薄膜,并在浓度调节范围内对基于 NiO_x的钙钛矿器件进行优化,最终得到了光电转化效率 （PCE） 为 18.50%,开路电压 (V_oc) 为 1.034 V,短路电流 (J_sc) 为 22.94 mA/cm²,填充因子 （FF） 为 78% ...     

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。     

有机电子传输材料在反式钙钛矿太阳能电池中的研究现状

近年来,反式结构的钙钛矿太阳能电池凭借制备工艺简单、可低温成膜、迟滞效应低、适合与传统太阳能电池结合制备叠层器件等优点,受到了人们广泛的关注,经过几年的发展,反式钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已从3.9%提升到25.37%。其中电子传输层作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,在提取和运输载流子、阻挡空穴、调节界面能级结构和抑制电荷复合等方面起着关键性的作用。一些有机材料(富勒烯及其衍生物、苝二酰亚胺、萘二酰亚胺等)凭借容易合成和纯化、能级可调、电子迁移率高、溶解性好、化学/热稳定性良好等优势,已经广泛应用于反式钙钛矿太阳能电池。本文主要介绍了不同有机电子传输材料在反式钙钛矿太阳能电池中的研究现状,还介绍了电子传输层掺杂和界面修饰两种提升器件性能的改性手段,旨在为开发全新的有机电子传输材料提供基础性的理论指导。     

基于能带工程制备氧化镍基底的高效锡-铅共混钙钛矿太阳能电池

钙钛矿叠层太阳能电池因为具有超过肖克利-奎伊瑟效率极限的潜力而备受关注.窄带隙锡-铅(Sn-Pb)共混钙钛矿太阳能电池(PSCs)在钙钛矿叠层太阳能电池的构建中起着关键作用.制备稳定性好、可低温处理的空穴输送层是构建高效Sn-Pb钙钛矿太阳能电池和钙钛矿叠层太阳能电池的关键.在此,我们开发了一种室温处理的纳米晶体氧化镍...     

碳材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池具有材料成本低廉、生产工艺简单、光电转换效率高等优点,发展前景十分光明。碳材料因其价格低廉、高导电性、疏水性和化学稳定性等特点,被应用在钙钛矿太阳能电池的各个组成部分,用于提高电池性能和降低成本。本文根据应用在钙钛矿太阳能电池中的碳材料的维数进行分类,分别介绍了零维的C60、碳量子点和石墨烯量子点,一维的碳纳米管,二维的石墨烯及其衍生物、石墨炔和三维的石墨等在钙钛矿太阳能电池中的应用,对于将来实现钙钛矿太阳能电池的低成本商业化和大规模制造具有重要意义。     

Perovskite Solar Cells with ZnO Electron‐Transporting Materials

Perovskite solar cells (PSCs) have developed rapidly over the past few years, and the power conversion efficiency of PSCs has exceeded 20%. Such high performance can be attributed to the unique properties of perovskite materials, such as high absorption over the visible range and long diffusion length. Due to the different diffusion lengths of holes and electrons, electron transporting materials (ETMs) used in PSCs play a critical role in PSCs performance. As an alternative to TiO₂ ETM, ZnO materials have similar physical properties to TiO₂ but with much higher electron mobility. In addition, there are many simple and facile methods to fabricate ZnO nanomaterials with low cost and energy consumption. This review focuses on recent developments in the use of ZnO ETM for PSCs. The fabrication methods of ZnO materials are briefly introduced. The influence of different ZnO ETMs on performance of PSCs is then reviewed. The limitations of ZnO ETM‐based PSCs and some solutions to these challenges are also discussed. The review provides a systematic and comprehensive understanding of the influence of different ZnO ETMs on PSCs performance and potentially motivates further development of PSCs by extending the knowledge of ZnO‐based PSCs to TiO₂‐based PSCs.     

Nexuses Between the Chemical Design and Performance of Small Molecule Dopant-Free Hole Transporting Materials in Perovskite Solar Cells

Perovskite solar cells (PSCs) have grabbed much attention of researchers owing to their quick rise in power conversion efficiency (PCE). However, long-term stability remains a hurdle in commercialization, partly due to the inclusion of necessary hygroscopic dopants in hole transporting materials, enhancing the complexity and total cost. Generally, the efforts in designing dopant-free hole transporting materials (HTMs) are devoted toward small molecule and polymeric HTMs, where small molecule based HTMs (SM-HTMs) are dominant due to their reproducibility, facile synthesis, and low cost. Still, the state-of-art dopant-free SM-HTM has not been achieved yet, mainly because of the knowledge gap between device engineering and molecular designs. From a molecular engineering perspective, this article reviews dopant-free SM-HTMs for PSCs, outlining analyses of chemical structures with promising properties toward achieving effective, low-cost, and scalable materials for devices with higher stability. Finally, an outlook of dopant-free SM-HTMs toward commercial application and insight into the development of long-term stability PSCs devices is provided.     

Dopant‐Free Hole‐Transporting Materials for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells

Molecularly engineered novel dopant‐free hole‐transporting materials for perovskite solar cells (PSCs) combined with mixed‐perovskite (FAPbI₃)_0.85(MAPbBr₃)_0.15 (MA: CH₃NH₃⁺, FA: NH=CHNH₃⁺) that exhibit an excellent power conversion efficiency of 18.9% under AM 1.5 conditions are investigated. The mobilities of FA‐CN, and TPA‐CN are determined to be 1.2 × 10^?4 cm² V^?1 s^?1 and 1.1 × 10^?4 cm² V^?1 s^?1, respectively. Exceptional stability up to 500 h is measured with the PSC based on FA‐CN. Additionally, it is found that the maximum power output collected after 1300 h remained 65% of its initial value. This opens up new avenue for efficient and stable PSCs exploring new materials as alternatives to Spiro‐OMeTAD.     

NiO层作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备和性能研究

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因具有光吸收强、载流子扩散长度长等优点,近年来在光伏领域吸引了广泛的关注,其中,无机NiO薄膜在电池结构中作为空穴传输层已发展成为钙钛矿电池研究的重要方向。采用溶液旋涂法制备了NiO薄膜,系统优化了不同烧结温度和不同浓度条件下NiO薄膜对钙钛矿电池性能的影响。采用扫描电镜、X射线衍射、紫外-可见分光光度计、电流-电压测试、光量子效率等方法分别观察和分析了NiO薄膜以及相应电池的光电性能。结果表明:溶液旋涂法制备的NiO薄膜具有良好的覆盖性、非常低的表面粗糙度,当制备NiO的预制溶液浓度为0.05mol/L,NiO的烧结温度为500℃时,获得了最优的电池性能,最高电池转换效率为14.62%。