乙酸钾修饰界面用于高效稳定的钙钛矿太阳电池

使用乙酸钾(KAc)修饰电子传输层,正置结构的SnO₂/perovskite界面使用其具有的羧基和碱金属阳离子调节能级。研究发现,KAc薄膜的引入会对钙钛矿薄膜产生一定的表面陷阱钝化作用,表现出非辐射复合的减少以及体内和界面电荷复合的抑制。此外,调节钙钛矿晶体的生长,产生晶粒尺寸从450 nm增至600 nm且无针孔的钙钛矿薄膜,缺陷密度显著降低。结果表明,通过使用KAc来修饰电子传输层,可明显减少SnO₂电子传输层的缺陷及能级差;优化后的太阳电池效率提高7.63%,量子效率(IPCE)从87.3%增大到90.1%。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

正向偏置电压修复钙钛矿太阳电池的研究

采用偏置电压调控钙钛矿太阳电池离子迁移,抑制钙钛矿离子在界面的堆积、填充太阳电池缺陷,恢复老化太阳电池的性能。在对老化太阳电池引入正向偏置电压修复手段后,太阳电池光电转换效率从老化后的17.8%恢复到21.5%;在100 h的最大功率点跟踪中引入偏置电压修复手段后,获得3.1%总能量增益。通过自主搭建的集成表征环境,原位实时测量偏压修复太阳电池前后太阳电池电学性能和光学特性的变化规律,建立偏压调控钙钛矿离子迁移的物理模型,探究偏置电压修复太阳电池的背后机理。结果表明,该修复策略可通过调控离子迁移,钝化缺陷、优化载流子提取和输运、进而修复太阳电池。     

2-巯基嘧啶界面钝化改善钙钛矿太阳电池性能

该文研究2-巯基嘧啶（2-MP）对三元阳离子钙钛矿太阳电池光吸收层与空穴传输层的界面进行钝化,钝化改善薄膜及器件的光电性能。瞬态和稳态光致发光荧光光谱表征结果说明钝化后的钙钛矿薄膜非辐射复合被抑制。这均有利于抑制载流子复合和提升开路电压。钝化后薄膜疏水性增强,更好地阻挡水汽侵蚀,提升稳定性。光强依赖性测试结果表明2-MP有效地钝化缺陷。J-V测试表明钝化后器件光电性能明显改善,开路电压最高达1.133 V,效率最高达21.66%。并且优化器件的稳定性显著改善,在氮气中储存97 d后效率保持初始效率的90%。     

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...     

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。     

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。     

HBr添加剂获得高质量钙钛矿薄膜

以HBr作为添加剂,通过传统一步法能够获得均匀致密的钙钛矿薄膜。HBr的加入既可提高无机部分Pb I2分子在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的溶解度,又能与前驱体分子和溶剂分子络合而形成中间相避免前驱体分子快速反应生成钙钛矿,所以能获得高质量的均匀致密的薄膜。以瞬态吸收测试研究钙钛矿薄膜内部的电荷转移的动力学过程,并对此给出理论解释。使用HBr作为添加剂制作的钙钛矿太阳电池的短路电流(Isc)、开路电压(Voc)和填充因子(FF)均有提高,光电转换效率(PCE)从13.05%提高到15.88%。     

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%。     

钙钛矿型多晶薄膜太阳电池(4)

<正>2014年,中国科学院物理所孟庆波小组也制备了无空穴传输层的钙钛矿电池(TiO_2/CH_3NH_3PbI-3/Au),但对界面进行了调控处理,获得10.49%的电池效率~([15]),并对电池的I-V特性进行了系统分析,表明该类电池是一种典型的平面异质结电池,具有空间电荷区。但是,由于缺乏空穴传输层,这种钙钛矿电池的开路电压和填充因子还是偏小。2.3 p-i-n结构和场助收集图6为高效钙钛矿平面异质结太阳电池的能带图,结合文献报道的材料参数,我们重新标示了相关的能带参数,如图8所示。可以看出,ZnO/CH_3NH_3PbI_3/HTM为典型的n-i-p平面结构,n-ZnO为迎光面。这里HTM为空穴传输材料,即p型螺二芴(spiro-MeOTAD)。其中CH_3NH_3PbI_3为本征层(i层),即未人为掺杂,以保持材料低缺陷密度和高质量。i层具有适当     

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%。     

添加剂提高宽带隙钙钛矿太阳电池的性能

该文研究聚对苯乙烯磺酸钠（PSS）对宽带隙钙钛矿薄膜及电池的影响。研究发现PSS添加剂可改善宽带隙钙钛矿薄膜的形貌,提升结晶度并减少缺陷态密度,这有利于抑制混合卤素宽带隙钙钛矿薄膜的相分离问题。J-V测试结果表明钝化后的宽带隙钙钛矿太阳电池性能得到明显提升。在掺有PSS的宽带隙钙钛矿太阳电池中,开路电压最高可达1.23 V,效率最高可达20.54%,并且相分离被抑制后的封装钙钛矿太阳电池稳定性显著改善,在一个太阳连续光照500 h后,电池效率仍可保持在初始效率的81.9%（氮气环境,温度40℃）。     

1,1’-磺酰基双（2-甲基-1H-咪唑）对宽带隙钙钛矿太阳电池性能的影响

对倒置结构,带隙为1.68 eV的钙钛矿太阳电池光吸收层掺杂1,1’-磺酰基双（2-甲基-1H-咪唑）,以改善钙钛矿薄膜质量,提高太阳电池性能。空间电荷限制电流（SCLC）测试结果表明,掺杂后的钙钛矿薄膜的缺陷密度明显降低;稳态光致发光光谱（PL）结果表明,掺杂后的钙钛矿薄膜的非辐射复合被显著抑制;最终太阳电池的开路电压达到1.17 V,光电转换效率达到21.42%,在氮气环境下储存1000 h后,未封装的太阳电池仍能保持初始效率的96%,稳定性显著提高。     

晶体硅和钙钛矿光伏组件碳足迹研究

全球的光伏技术及其市场在清洁能源运用的不断增进下呈现快速发展趋势。为评估光伏组件在生产和制造环节对环境的影响，利用GaBi软件以及生命周期评估（LCA）的方法进行研究和评估，主要评估对象包含晶体硅光伏组件，这些组件采用不同电池，包括发射极背钝化（PERC）太阳电池、隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）太阳电池和异质结（HJT）太阳电池，以及新型钙钛矿太阳电池（PSCs）。计算发现现有4种光伏组件的典型碳足迹分别为469.25、474.24、427.98和500.55 kg CO2/kW。对于晶体硅太阳电池，硅片生产所引起的碳足迹份额最大，占比达到50%以上。对于钙钛矿太阳电池，其光伏组件由于现阶段产业化效率较低，碳足迹较大。     

低压气相辅助溶液法制备无铅铋基钙钛矿太阳电池的研究

采用低压气相辅助溶液法制备MA_3Bi_2I_9钙钛矿太阳电池,制备了晶粒大小为300 nm,表面致密且粗糙低的MA_3Bi_2I_9钙钛矿薄膜,其吸收边位置在598 nm,光学吸收带隙为2.07 eV。还通过对一步溶液法、两步溶液法和低压气相辅助溶液法3种方法制备的MA_3Bi_2I_9钙钛矿太阳电池进行对比发现,与其他2种方法制备的钙钛矿薄膜呈现二维片状晶体结构不同,通过低压气相辅助溶液法制备的MA_3Bi_2I_9钙钛矿薄膜更为致密,晶粒大小均匀。通过研究发现,该薄膜均匀的表面形貌有效抑制了薄膜内部载流子的复合,载流子瞬态荧光寿命由7.17 ns提升至8.81 ns,制备的钙钛矿太阳电池效率为0.178%,比一步溶液法和两步溶液法制备的太阳电池效率提升了2倍。