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。     

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。     

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。     

加热和水处理共同调控PbI2薄膜形貌及其在钙钛矿太阳电池中的应用研究

该文研究加热和水处理共同作用对PbI₂薄膜形貌的调控和对钙钛矿太阳电池性能的影响。使用的钙钛矿体系为（FAPbI₃）_1-x（MAPbBr₃）_x,并在两步法工艺基础上对PbI₂薄膜进行不同时间加热和短时间水处理可将PbI₂薄膜制备成多孔结构。将双重处理后的PbI₂薄膜制备成钙钛矿薄膜后,可发现钙钛矿薄膜质量明显提升,表现在：钙钛矿的晶粒尺寸明显增大、结晶性增强、吸光能力提升、载流子传输更快。且此种方式能有效调控钙钛矿薄膜中的PbI₂残留量。在器件效率方面,只对PbI₂薄膜进行加热处理制备的电池的开路电压、短路电流、填充因子和效率分别为1.05 V、23.12 mA/cm²、73.81%和17.92%,而在最优双重处理工艺下制备的电池的这4个相应的参数分别为1.09 V、24.75 mA/cm²、77.85%和21.10%。     

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%。     

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     

多晶PERC太阳电池的背面与正面结构性能优化

多晶硅太阳电池以其价格低廉的优势成为低成本太阳电池的首选,但其光电转换效率提升空间有限。钝化发射极和背面电池（PERC）技术是当前晶硅太阳电池提效的主要途径。多晶PERC电池结合了多晶硅电池的低成本和PERC电池的高效,是当前多晶硅电池的研究热点。本文研究了多晶PERC电池的背面和正面结构优化与设计,提出了提高多晶PERC电池效率的产业化技术方法。通过在硅片背面用三层SiN_x:H薄膜来代替常规双层SiN_x:H薄膜,在保证优良的背面钝化的同时,使电池长波响应得到改善,电池光电转换效率由20.19% 提升至20.26%。优化多晶PERC电池的背面激光开窗工艺,使多晶电池效率较常规工艺提升0.11%。而在多晶PERC电池的正面叠加选择性发射极技术,可较常规工艺提升电池效率0.10%。综合运用多种提效手段有利于保持多晶PERC电池的竞争力。     

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℃）。     

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。     

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...     

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。     

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%。     

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。     

金属氧化物多层膜晶体硅太阳电池的背场研究

在n-Si与金属电极之间插入电子选择性材料Ca和Cs_2CO_3、LiF_x,可有效降低接触电阻和界面复合,该文研究Ca和Cs_2CO_3、LiF_x作为背场在氧化钨金属多层膜(WAW)/n-Si太阳电池中对电池性能和稳定性的影响。3种电子选择性材料中,2 nm的LiF_x对电池转换效率的提升最高,稳定性最好。对WAW/n-Si/LiF_x太阳电池R_s的各部分组成进行提取和分析,表明LiF_x/n-Si的接触电阻和LiF_x/Ag接触电阻仅占总串联电阻的0.2%,背场工艺得到最佳的优化。将LiF_x做为背场应用于氧化钒金属多层膜背接触晶体硅(MLBC)太阳电池中,达到19.02%的转换效率,而且用环氧树脂封装的MLBC太阳电池放置在空气中表现出极好的稳定性。     

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%。     

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     

Al2O3/SiOxNy/SiNx叠层钝化膜对PERC太阳电池性能及LID效应的研究

由于等离子体增强化学的气相沉积（PECVD）法制备的SiO_xN_y薄膜中含有大量H原子,因而具有优异的表面钝化性能。通过在PERC太阳电池的Al₂O₃/SiN_x背钝化叠层中间插入一层SiO_xN_y薄膜,形成Al₂O₃/SiO_xN_y/SiN_x结构,可避免SiN_x所带的固定正电荷对Al₂O₃负电荷场钝化效应的负面影响。试验结果表明,硅片少子寿命从原来的130 μs提高至162 μs,电池转换效率增加0.09%。同时,基于Al₂O₃/SiO_xN_y/SiN_x背钝化的PERC太阳电池的LID也得到了改善,由对照组的1.83%下降到实验组的1.09%。     

反溶剂对CsPbBr3太阳电池性能的影响

分别在钙钛矿前驱体中添加一系列的反溶剂乙酸乙酯(EA)和乙腈(ACN),制备出不同形貌的CsPbBr₃薄膜,探究薄膜质量与太阳电池性能的内在联系。结果表明,在大气制备环境中,反溶剂有助于CsPbBr₃晶粒的生长,薄膜表面缺陷明显减少,太阳电池各性能参数(短路电流密度、开路电压以及填充因子)均有所提升,尤其是添加乙腈(V(PbBr₂/DMF)∶V(ACN)=10∶1)后,光电转换效率(PCE)从3.16%提高到7.10%。     

钙钛矿敏化太阳电池制备工艺的优化研究

近年来,有机金属卤化物钙钛矿太阳电池因制备条件温和、光吸收强、能耗低、光电转化效率高等优点成为备受瞩目的研究热点。本文采用一步法制备钙钛矿材料甲胺碘化铅（CH3NH3PbI3）,并以廉价的聚（3-己基噻吩） （P3HT）为空穴传输材料在大气环境下制备钙钛矿敏化太阳电池。其中,通过调控TiO2浆料与松油醇、乙基纤维素的配比,分别制备具有250 nm、600 nm和1 000 nm三种不同厚度的TiO2纳米颗粒多孔薄膜光阳极,并系统考察钙钛矿前驱体溶液旋涂量对敏化电极结构形貌及光吸收性能的影响。太阳电池光电特性测试结果表明：当TiO2多孔层厚度为600 nm、钙钛矿前驱体溶液的旋涂量为40 μl时,CH3NH3PbI3能够较为完全地覆盖在多孔TiO2的表面,且钙钛矿材料的晶粒尺寸合适,TiO2孔道结构未被堵塞,有利于空穴导体的填充以及空穴的转移与传输,优化后的太阳电池光电转化效率达到5.17%。     

基于蛾眼仿生结构的钙钛矿太阳电池表界面光学调控

采用时域有限差分法（FDTD）和严格耦合波分析（RCWA）,系统研究蛾眼仿生结构对钙钛矿太阳电池表面和界面的光学调控特性,同时通过等效介质理论（EMT）分析其中的增强机制。结果表明,蛾眼结构的引入可有效打破材料之间的界面限制,使折射率从突变转向梯度渐变,光波可几乎不受阻碍的穿过两种材料的交界面。经过优化调控,表面和界面的光学损失分别从3.52%和3.30%降到0.08%和0.06%,钙钛矿太阳电池的光电响应性能明显增强,转换效率相比平面电池提升14.93%。