碘三离子后处理对钙钛矿太阳电池的影响研究

采用碘三离子(I₃^-)作为提升钙钛矿太阳电池性能的界面修饰材料，对钙钛矿体相及上层空穴传输材料的接触界面进行修饰和改性，钝化光活性层上表面缺陷，以优化光电转换器件的转换效率。由反溶剂法和后处理的形式，制备平面异质结电池，运用该界面钝化策略改善后的器件效率达到18.9%，且电池的稳定性也得到增强，600 h后仅有5%的性能衰减。通过物相和光电性质等表征与测试，系统地研究电池的形貌及性能参数，探究不同浓度的I₃^-对器件性能的影响作用和机理。研究发现，该缺陷钝化策略对钙钛矿膜层进行处理后，能有效改善钙钛矿材料的结晶性，减少其表面陷阱态缺陷，降低钙钛矿与空穴传输层的载流子界面传输势垒，且I₃^-与钙钛矿能形成钝化层，起到隔绝水氧的作用，使其稳定性得到改善。     

钙钛矿型多晶薄膜太阳电池(3)

<正>2014年5月在国内钙钛矿太阳电池学术会上,武汉大学物理学院方国家小组报道,其研制的CH_3NH_3PbI_3-xCl_x钙钛矿电池效率达到16.02%[10]。钙钛矿电池与传统商业电池叠层已取得初步进展。美国加州斯坦福大学McGehee M小组报道,其研制的钙钛矿/CIGS叠层电池效率达到18.6%。他们的CIGS电池效率已达17%,叠层电池效率提高不多的原因,可能是由于钙钛矿电     

钙钛矿太阳电池载流子传输-复合模型研究

通过对所制备的钙钛矿太阳电池进行交流阻抗测试,比较钙钛矿电池载流子扩散长度、载流子寿命、内部电阻及电容等参数,得出在钙钛矿太阳电池中载流子在空穴传输层扩散的特征频率约为2μs~(-1),载流子传输过程快慢顺序依次为:载流子在空穴传输层的传输、钙钛矿薄膜中的传输。另外还得出载流子在钙钛矿薄膜中的复合阻抗是构成电池总阻抗的主要部分,其值远大于空穴传输层的阻抗,约为空穴传输层的15倍。     

无机钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池是一种新兴的全固态平面型太阳能电池,从2009年第一次出现到现在发展迅速。据报道,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已超过24%,全无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率也超过17%。相比于有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池,无机钙钛矿材料由于热稳定性好而成为钙钛矿太阳能电池研究领域的热点之一。本文主要综述了全无机钙钛矿太阳能电池的基本知识及最新的研究成果,尤其是提高全无机钙钛矿太阳能电池的效率及稳定性方面的成果,对钙钛矿薄膜层的改进、电子传输层及空穴传输层优化方面的成果作了详细的介绍和评述。     

CH3NH3PbI3形貌对钙钛矿电池性能的影响研究

研究不同CH_3NH_3bI_3钙钛矿形貌对钙钛矿太阳电池光伏性能的影响。采用传统的一步法和三步法制备出不同CH_3NH_3bI_3钙钛矿形貌对电池的光伏性能有重要影响。结果表明,钙钛矿在TiO+2电子传输材料表面的覆盖程度对钙钛矿太阳电池的开路电压和填充因子有重要影响。三步法制备的钙钛矿太阳电池获得1.03 V的开路电压和20.25 mA/cm~2短路电流密度,而一步法只有0.72 V和18.42 mA/cm~2。同时,三步法制备的钙钛矿太阳电池的填充因子高达77.2%,相比一步法只有64.5%。2种方法制备的钙钛矿电池分别获得17.36%和8.55%的光电转换效率。利用电化学阻抗谱进一步分析一步法和三步法制备的钙钛矿太阳电池的内部电荷复合动力学过程,解释三步法制备的钙钛矿太阳电池获得更高开路电压的原因。     

MoO3界面修饰提升刮涂钙钛矿太阳电池性能

在空穴传输层Spiro-OMeTAD和Ag电极之间引入三氧化钼(MoO₃)空穴修饰层,并研究其对空气中刮涂的钙钛矿太阳电池光伏性能的影响,结合导电性测试、稳态光致发光光谱和水接触角测试等探究其影响机制。实验和测试结果表明MoO₃可提升空穴传输能力和减小界面电阻,同时对下方的Spiro-OMeTAD及钙钛矿起到保护作用,可减缓空气中水氧侵蚀。基于MoO₃界面修饰层的在空气中刮涂制备的钙钛矿太阳电池光电转换效率由15.14%提升至18.30%,尤其是填充因子的平均值由60%提升至76%,电池稳定性得到改善,未封装电池在400 h后仍保持初始效率的90%。     

基于宽带隙P-I-N结构的高效有机小分子太阳电池

研制了一种采用混合的P-I-N异质结结构、基于混合ZnPc和C60的有机小分子太阳电池。该有机太阳电池光电转换由ZnPc和C60异质结混合成膜完成,电子和空穴分别通过n掺杂和p掺杂的宽带有机层传输至阴极和阳极,不同掺杂的电子或空穴传输层由精确控制两种有机小分子的蒸镀速率来实现;其中空穴传输层采用N,N,N’,N-’Tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine(MeO-TPD)为基底材料和Tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane(F4-TCNQ)为掺杂材料,电子传输层采用C60为基底材料,而掺杂材料为Leuco Crystal violet(LCV)。实验发现:可以通过改变光电转换层和电子传输层的厚度,优化器件的结构;与未掺杂的有机薄膜相比,掺杂的宽带有机传输层导电率提高了3~4个数量级,并且它们几乎不吸收太阳光;电子传输层的厚度直接影响太阳电池的转换效率,这与薄膜光学的预期结果相符;当增大光电转换层的厚度,不仅增加了光吸收,同时电子空穴的复合率也随之增加,因此器件的填充因子降低。实验结果表明:该有机太阳电池的光电转换效率可达2.4%。     

硅异质结太阳电池的TiCxOy电子选择性接触研究

报道一种新型的免掺杂电子传输材料——TiC_xO_y,具有非晶相为主少量晶化相的混合相结构,约4.1 eV的低功函数和2.63 eV的宽带隙,可实现对电子的零势垒传输和对空穴的高势垒(1.64 eV)阻挡;TiC_xO_y/n型硅异质接触可获得17.74 mΩ·cm²的低接触电阻率,可实现对电子的选择性输运功能。TiC_xO_y薄膜用作全背面n型硅异质结电池的电子传输层,可大幅提高电池的开路电压和填充因子,最优电池的绝对效率提高3%。     

氧化钼在半透明双面钙钛矿太阳电池中的应用

研究双面钙钛矿太阳电池正极窗口叠层MoO_3/ITO(氧化钼/掺锡氧化铟),通过蒸镀法沉积制备具有不同厚度的氧化钼(MoO_3)缓冲层。结合PV Lighthouse模拟计算,系统分析MoO_3缓冲层对太阳电池光电性能的影响。得益于电子传输层的宽禁带和MoO_3/ITO的减反效果,当光从玻璃衬底(SnO_2电子传输层)一侧入射时电池的短路电流密度较高。实验表明当MoO_3缓冲层厚度在10～15 nm时,钙钛矿太阳电池填充因子和短路电流密度达到最佳值,此时电池光电转换效率最高,电池的双面率为69.5%。     

石墨烯及其衍生物在钙钛矿太阳电池中的应用

石墨烯及其衍生物具有良好的电子传导能力、独特的材料结构,以及优异的光电和机械性能,因此被广泛应用于钙钛矿太阳电池中,以提高电池的光电转换效率和性能稳定性。综述了石墨烯及其衍生物作为电极材料、电子传输层和空穴传输层时在钙钛矿太阳电池中的研究进展,并指出了其在未来的发展重点。     

碘化铅残留对钙钛矿太阳电池性能影响

通过对一步法和两步法制备的钙钛矿电池器件的光电性能进行研究,发现2种方法制备的太阳电池主要性能参数有明显差异。一步法制备的器件有更大的短路电流密度(Jsc)和更高的填充因子(FF),两步法制备的器件有更高的开路电压(Voc)。通过电容-电压(C-V)测量、外量子效率以及开路电压随光强变化,发现两步法中PbI_2对器件性能的影响。PbI_2在聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和钙钛矿之间形成空穴阻挡层,有利于开路电压的提高,但对空穴传输和载流子收集有不利的影响。     

硅基异质结太阳电池钝化层的研究

研究硅基异质结太阳电池的表面钝化层对电池性能的影响,主要工作包括:1)对比非晶硅本征层a-Si:H(i)与非晶硅氧本征层a-Si Ox:H(i)对c-Si界面的钝化效果的作用,及其对电池性能的影响;2)研究不同a-Si:H(i)厚度对电池性能的影响;3)不同沉积速率a-Si:H(i)对c-Si界面的钝化效果和电池性能的影响,并对不同沉积速率的a-Si:H(i)膜层做了H原子含量等分析。通过该征钝化层工艺的优化,最终在156 mm×156 mm厚度200μm的n型硅片上获得效率为20.90%的硅基异质结太阳电池,和在100μm厚度的硅片上得到转化效率为20.44%的可弯曲电池。     

非晶硅对MoO_x/c-Si异质结太阳电池器件的影响

室温下电子束蒸发沉积氧化钼(MoO_x)薄膜呈非晶态,光学带隙约为3.6 eV,与单晶硅表面构成MoO_x/c-Si异质结并具有钝化作用,但明显低于i∶α-Si∶H钝化。ITO/MoO_x/i∶α-Si∶H/n∶c-Si/i∶α-Si∶H/n+∶α-Si∶H/Al太阳电池结构,既有晶硅前后表面钝化,又增加了背电场层,适当的MoO_x厚度可获得电池的最高效率(15.5%);若取消晶硅表面i∶a-Si∶H钝化,与HIT(heterojunction with intrinsic thinlayer)电池类似,硅的前表面复合增大,电池效率降为11.5%;若取消背表面i∶a-Si∶H钝化及背电场材料n~+∶a-Si∶H,电池效率急剧下降到8.3%,这表明背表面钝化及背电场,对MoO_x/c-Si异质结太阳电池特性具有更为重要的作用,对高效器件制备具有一定指导意义。     

CIGS/Si异质结太阳电池的数值模拟

利用软件wx AMPS模拟CIGS/Si异质结太电池的效率和不同工艺参数对电池性能的影响:前后端接触势垒分别为1.2 e V和0.21 e V,前(后)表面复合速率为1×10~7cm/s,选择功函数为5.4 e V的透明导电薄膜材料,p型CIGS的带隙和厚度为1.15 e V和3μm,并选择掺杂浓度为5×10~(16)cm~(-3)的n型硅片,最终模拟CIGS/Si异质结太阳电池的最佳效率为25.60%。希望该模拟数据为实际制备CIGS/Si异质结太电池作出正确的理论指导。     

ABX3型太阳电池材料结构掺杂与优化的DFT研究

采用第一性原理的方法优化设计ABX3钙钛矿晶体材料,对A位(A=CH_3NH_3~+、CH(NH_2)_2~+、(CH_3)_2NH_2~+、(CH_3)_3NH~+、(CH_3)_4N~+))、B位(B=Pb~(2+)、Sn~(2+))、X位(X=Cl~-、Br~-、I~-)位进行不同比例的掺杂或替换,系统探讨各位置取代对晶体结构稳定性和禁带宽度的影响,在此基础上进行材料筛选,寻找性能更优的ABX3型替换材料。     

电纺AZO NWs电子传输层提高钙钛矿太阳电池性能的研究

研究通过静电纺丝技术制备不同掺铝比例的氧化锌纳米线(AZO NWs),并将其作为电子传输层来提高钙钛矿太阳电池效率.首先使用静电纺丝和煅烧工艺制备出表面光滑连续、形貌均匀、长径比达～105的AZO NWs,然后将AZO NWs作为电子传输层应用于钙钛矿太阳电池.与单层SnO2电子传输层的电池相比,加入AZO NWs后可...     

钙钛矿型多晶薄膜太阳电池(5)

<正>以上计算结果表明,钙钛矿电池的效率密切依赖于钙钛矿层的质量,尽管以上关于材料参数的假定带有某些随意性。因此,优化钙钛矿层材料的成分(如三元系金属卤化物)、改进材料生长工艺、降低其缺陷态密度,将是今后重点研究的课题。图8中CH3NH3Pb I3的能带参数是由Kim H等[4]从反射谱和UPS(紫外光电子谱)测量导出的,但是费米能级EF的位置未像常规UPS测     

基于P型晶体硅异质结太阳电池的结构设计与性能分析

针对两种a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池结构,应用AFORS_HET软件,分析氢化非晶硅(a-Si:H)和氢化微晶硅(μc-Si:H)两种材料作为背面场时的特性参数对a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池性能的影响。结果表明:P型氢化微晶硅(μc-Si:H(p))为背面场时电池性能得到提高,μc-Si:H(p)的背面场特性是关键因素。最后,优化设计出以a-Si:H为窗口层、μc-Si:H为背面场的a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池TCO/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(i)/μc-Si:H(p)/TCO,并获得20%的转换效率。     

a-Si:H(p)/c-Si(n)异质结太阳电池的模拟优化

通过AFORS-HET软件模拟了TCO/a-Si:H(p)/a-Si:H(i)/c-Si(n)/a-Si:H(i)/a-Si:H(n)/Ag结构的硅异质结电池中硅衬底电阻率、本征非晶硅薄膜厚度、发射极材料特性以及TCO功函数对电池性能的影响。结果表明:在其它参数不变的条件下,硅衬底电阻率越低,转换效率越高;发射极非晶硅薄膜厚度对短路电流有较大影响,发射极掺杂浓度低于7.0×10¹⁹cm^-3时,电池各项性能参数都极差;TCO薄膜功函数应大于5.2 eV,以保证载流子的输运收集。     

CdS/CuInSe_2异质结薄膜太阳电池

用蒸发方法制备CdS/CuInSe_2(CdS/CIS)异质结薄膜太阳电池。在Mo/玻璃或Mo/Al_2O_3衬底上,用双源法蒸发CIS多晶材料+Cu或CIS多晶材料+Se,通过控制对黄铜矿结构的微小偏离,淀积电阻率不同的两层p-CIS层,然后用蒸发CdS方法,通过控制In的蒸发,在高阻p-CIS层上淀积两层电阻率不同的n-CdS层,并在低阻n-CdS层上蒸发Al栅和SiOx减反射膜,构成n-CdS/p-CIS异质结薄膜太阳电池。对电池的I—V特性和光谱响应特性进行了研究。