ITO/Metal/ITO叠层电极中Cu/Ag对钙钛矿太阳电池电极性能的影响

研究ITO/Metal/ITO（IMI）电极中金属层Cu和Ag及其厚度对电极光电性能的影响,结合霍尔测试、紫外分光光度计、原子力显微镜等分析金属层材料和厚度对IMI电极光电性能以及形貌的影响。通过优化金属层厚度,获得方阻分别为11.2 Ω/□和14.5 Ω/□且400~800 nm波长范围内平均透过率分别为93.9%和86.5%的ITO/Ag/ITO和ITO/Cu/ITO电极。将IAI和ICI电极作为正面电极应用于钙钛矿太阳电池,太阳电池的填充因子从62.5%提升至78.0%。IMI在短波段的较大反射率会导致电池短路电流密度低1~2 mA/cm²。当Cu层和Ag层的厚度分别为7.4 nm和6.4 nm时,钙钛矿太阳电池的效率达到最佳。     

高效柔性钙钛矿太阳电池研究

对柔性钙钛矿太阳电池(FPSCs)成膜工艺进行研究,针对在柔性基底上沉积薄膜不均匀、较多缺陷、内部应力等问题,分析其形成原因和影响因素。选择PET/ITO作为柔性基底,SnO₂作为电子传输层,加入KCl进行调控,KCl的加入可增加电子传输层与柔性导电基底的亲和性,从而获得致密且缺陷较少的膜层。通过优选钙钛矿前驱体各组分配比,加入MACl作为添加剂调控结晶过程,并在钙钛矿表面设计PEAI钝化层钝化界面,获得高质量的钙钛矿结晶和致密表面,并使电池的柔韧性能得到提升。在适宜的环境下,制备认证效率达到23.14%的柔性钙钛矿太阳电池,其在弯折10000次后仍能保持80.48%的初始光电转换效率。     

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。     

N型单晶硅衬底上非晶硅/单晶硅异质结太阳电池计算机模拟

采用德国HMI研发的AFORS-HET软件模拟了N型衬底非晶硅,单晶硅异质结太阳电池的特性,结果表明随着发射层厚度的增加,短路电流下降,电池的短波响应变差.在非晶硅,单晶硅异质结界面处加入不同的界面态密度(Dit).发现当Dit1012cm-2·eV-1时,电池的开路电压和填充因子均大幅减小,导致电池效率降低.当在非晶硅,单晶硅异质结界面处加入本征非晶缓冲层后,电池性能明显改善,但是缓冲层厚度应控制在30nm以内.模拟的a-Si/i-a-Si:H/c-Si/i-a-Si:H/n a-Si双面异质结太阳电池的最高转换效率达到28.47%.     

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。     

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%。     

光栅结构钙钛矿/晶硅叠层太阳电池光学特性模拟

作为新一代高效太阳电池,叠层太阳电池虽然效率较高,但仍存在不合理的结构设计,导致了较高的光损失。文章以具有光栅结构的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池为模型,使用FDTD solutions软件分别对影响电池性能的子电池厚度、顶电池光栅尺寸以及中间层厚度等参数进行了模拟优化。模拟结果显示:合适的子电池厚度、光栅结构和中间层厚度,能最大化地提升叠层太阳电池的性能;其中,有光栅结构的叠层太阳电池的短路电流密度提升了20%。这一结果为进一步在实验室制备钙钛矿/晶硅叠层电池提供了参考。     

染料敏化太阳电池中电子传输性能

通过检测染料敏化TiO2纳米晶太阳电池中TiO2膜厚度和入射光的强度对电池光电转换性能的影响来研究电池中电子的传输性能。结果表明：TiO2膜厚度和入射光强度对电池性能有很大的影响。当TiO2膜厚度增大时，电池的短路电流(Isc)加大，而填充因子(ff)下降，开路电压(Voc)先上升后下降，电池的单色光光电转化效率(IPCE)增大；当光强度加大时，电池的短路电流和开路电压均增加，但是电池的填充因子降低。并用UV-Vis等手段表征了染料RuL2(SCN)2。     

电子传输层锂盐掺杂对Cs2AgBiBr6双钙钛矿太阳电池性能的影响研究

电子传输层是影响钙钛矿太阳电池性能的重要因素。常用的介孔二氧化钛(mp-TiO₂)电子传输层存在较多表面缺陷，电荷提取效率较低，复合几率高。利用双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiTFSI)对mp-TiO₂进行锂盐掺杂，并将其应用于Cs₂AgBiBr₆双钙钛矿太阳电池(下文简称为“Cs₂AgBiBr₆太阳电池”)中，以研究锂盐掺杂对Cs₂AgBiBr₆薄膜和Cs₂AgBiBr₆太阳电池性能的影响。研究结果表明：1)锂盐掺杂改善了Cs₂AgBiBr₆薄膜的结晶度，降低了其缺陷态密度，促进了电子传输层/钙钛矿界面处的电荷转移；2)掺杂的锂盐最优质量浓度为10 mg/mL，在该掺杂浓度下制备的Cs₂AgBiBr₆太阳电池的短路电流密度从1.92 mA/cm²提升到2.43m...     

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...     

高效硅基异质结太阳电池的ITO薄膜研究

研究室温下通过直流磁控溅射方法制备高性能非晶ITO薄膜的光电特性,并分析不同结晶度的ITO薄膜对硅基异质结太阳电池性能的影响。结果表明:非晶态的ITO薄膜具有高的载流子迁移率和高的光学透过率;当退火温度高于190℃时,随退火温度的上升,薄膜的结晶性逐渐增强,但其光学性能和电学性能都呈逐渐降低的趋势。通过优化退火温度可获得电阻率为4.83×10^-4Ω·cm、载流子迁移率高达35.3 cm²/(V·s)且长波段相对透过率大于90%的高性能非晶ITO薄膜。对比普通工艺制备的微晶ITO薄膜,在242.5 cm²的硅基异质结(SHJ)太阳电池上采用非晶ITO薄膜作透明导电膜,其短路电流密度提高0.32 mA/cm²,可提升电池的光电转换效率。     

抗氧化小分子体掺杂对锡铅钙钛矿太阳电池性能的影响

锡铅钙钛矿中存在各种缺陷,且Sn²⁺容易被氧化成Sn⁴⁺,从而导致太阳电池的转换效率和稳定性较差。研究发现4-香豆酸(p-C)的引入可显著改变薄膜的表面形貌、有效提高结晶性,且抑制Sn²⁺的氧化,有利于提高钙钛矿层与传输层之间的能级匹配度。通过对钙钛矿光吸收层的缺陷进行钝化,可显著提升太阳电池的光电特性。最终,锡铅钙钛矿太阳电池的开路电压提升65 mV,光电转换效率由18.14%提升至20.37%,并且电池稳定性得到显著提升。     

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%。     

本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT太阳电池电性能的影响

以异质结(HIT)太阳电池的本征氢化非晶硅薄膜为研究对象，该HIT太阳电池采用n型硅片作为晶硅衬底，其n型电子传输层(下文简称为“n面”)为入光侧，p型空穴传输层(下文简称为“p面”)为背光侧。首先研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度对膜层钝化性能和光透过率的影响，然后进一步研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜不同厚度匹配设计对HIT太阳电池电性能的影响，并选出了最优厚度匹配方案。研究结果表明：1) n面本征氢化非晶硅薄膜的厚度越薄，n面非晶硅膜层的光透过率越高，但钝化效果会变差；当厚度达到5 nm时，硅片的少子寿命趋于稳定。2)在n面本征氢化非晶硅薄膜厚度一定的情况下，随着p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度变厚，硅片的少子寿命先快速增加，当厚度达到9 nm时，硅片的少子寿命趋于稳定；当厚度大于9 nm时，制备的HIT太阳电池的短路电流和填充因子均下降，表明其串联电阻增大，导致光电转换效率降低。3)当n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度分别为5、9 nm时，n面的钝化效果和光透过率匹配较好，p面的钝化效果和电阻率匹配最优，即为最优厚度匹配方案；此方案制备得到的HIT太阳电池的光电转换效率达到...     

高效率柔性钙钛矿太阳电池

开发了一种可低温溶液加工的固态离子液体电子传输材料,并将其应用于柔性钙钛矿太阳电池中,有效提高了器件的性能,极大抑制了电池的电流密度-电压滞后效应,柔性钙钛矿太阳电池效率达到16.09%。研究表明,柔性钙钛矿太阳电池优异的光电性能主要归因于离子液体具有很好的光增透作用、高的电子迁移率和合适的能级位置,同时离子液体可有效钝化钙钛矿薄膜中的缺陷。     

利用溅射ITO层增强钙钛矿太阳电池的稳定性研究

为增强以银为背电极的正置结构有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳电池（PSCs）的长期稳定性,研究利用射频磁控溅射技术在氧化钼层与银背电极之间沉积一层铟锡氧化物（ITO）来对PSCs进行内封装的技术。为防止ITO层溅射对下方已沉积的钙钛矿层和有机空穴传输层造成损伤,研究ITO层溅射功率和厚度对PSCs光伏性能的影响,获得优化的ITO层制备工艺,发现在ITO层溅射功率为30 W、厚度为40 nm时所制备的PSCs光伏性能最优。为进一步提升PSCs性能,对比溅射法和热蒸发法沉积银背电极对PSCs性能的影响,发现与蒸发法相比,采用溅射银背电极的PSCs光伏性能更佳,其光电转换效率可达到17.86%。PSCs光伏性能的长期稳定性测试和X射线衍射结果分析表明,溅射ITO阻隔层的插入可有效抑制钙钛矿层中的卤素离子与银背电极之间的扩散反应,在不降低PSCs效率的同时可显著改善PSCs稳定性,所制备的PSCs在干燥空气中存放4500h后仍能保持初始效率的95%。     

连续旋涂提高钙钛矿太阳电池开路电压的研究

在钙钛矿太阳电池的制作过程中,通过改善旋涂方法和条件,可大大提高钙钛矿吸收层的结晶性以及太阳电池的光电转换性能。与常规的一次性旋涂方法相比,采用连续二次旋涂方法制作的钙钛矿薄膜更加致密,结晶性明显提高。旋涂时前驱液和衬底的温度会影响钙钛矿层的晶体结构,温度为60℃时,钙钛矿的平均晶粒尺寸约为500 nm,且晶粒之间致密排列,导致光学带隙增加。采用连续二次旋涂方法,在加热温度为60℃时制作的钙钛矿太阳电池的光电转换效率达到14.7%,其中短路电流密度、开路电压和填充因子分别为18.9 m A/cm~2、1.13 V和69%。与常规钙钛矿太阳电池相比,开路电压提高约100 m V。依据暗态J-V测试结果,二次旋涂工艺条件下,该光伏器件的反向饱和电流密度约为10~(-5)m A/cm~2,比一次旋涂工艺降低3个数量级。     

基于固态离子液体电子传输材料的柔性钙钛矿太阳电池

开发了可低温溶液加工的固态离子液体电子传输材料,将其应用于柔性钙钛矿太阳电池,不仅使电池性能有效提高,而且器件的电流密度-电压迟滞效应被极大的抑制,优化所得电池效率为16.09%。研究表明:柔性钙钛矿太阳电池优异的光电性能主要归因于离子液体不仅具有很好的光增透作用、高电子迁移率和合适的能级,而且对钙钛矿薄膜中的缺陷起到有效的钝化作用。     

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。     

PTB7∶PC_(61)BM聚合物太阳电池的制备与研究

在各种有机聚合物太阳电池活性层材料中,聚苯并二噻吩(PTB7)与富勒烯衍生物(PCBM)的共混材料所制作的电池取得现有单层体相异质结太阳电池领域中最好的光电转换效率。本实验在空气环境中制作结构为ITO/PFN/PTB7∶PC61BM/Mo O3/Al的反型有机聚合物太阳电池,对制作过程中溶液处理、薄膜干燥方式和活性层厚度控制等步骤进行不同条件的对比;并运用紫外可见吸收光谱和J-V曲线测试等方法研究具体制作步骤对太阳电池性能的影响;最后通过测试电池放置不同时间的J-V特性曲线,证明该反型电池在空气中具有良好的稳定性。