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。     

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     

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%。     

一种聚合物/C60异质结有机太阳电池

用MEH-PPV为给体(空穴传输)、C60为受体(电子传输)首先制备了分层和体异质结结构的两种器件,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV/C60/Al和ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV:C60/Al。之后又制备了结构为ITO/PE-DOT:PSS/MEH-PPV:C60/C60/Al的第3个器件。作者比较了这3种器件的光伏性质,发现器件3的短路电流密度(JSC)比器件1和器件2的分别增加了300%和150%,开路电压(VOC)分别增加了100%和20%。这主要是由于C60层增加了电子由受体传输到负电极的通道并增大了给体受体界面面积。另一原因是此C60层一定程度地阻挡了空穴从有机物向负极的传输,从而有效地改善了太阳电池的性能。     

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。     

体相异质结钙钛矿太阳电池的稳定性

钙钛矿太阳电池的光电转换效率取得了硅太阳电池的水平,然而制约其产业化发展的主要瓶颈是稳定性.为探索其衰减的物理规律,使用新两步连续沉积方法成功的制备了体相异质结钙钛矿太阳电池,其光电转换效率为6.73％.这种方法解决了传统两步法钙钛矿薄膜不均匀和相互扩散两步法反应不完全的缺点.将体相异质结钙钛矿太阳电池放在空气中10、20和80 min时对其稳定性进行测试,发现其光电转换效率会逐渐降低,它的开路电压几乎不变,它的短路电流密度和填充因子逐渐减小.通过交流阻抗测试进一步证实其衰减的主要原因是钙钛矿太阳电池的复合电阻和载流子寿命不断减小.主要原因可能钙钛矿材料在晶界处吸收空气中的水分和氧气,导致其分解.     

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%。     

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。     

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%。     

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。     

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MA3Bi2I9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MA3Bi2I9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MA3Bi2I9钙钛矿太阳电池进行对比发现,与其他2种方法制备的...     

制备温度对(a-C∶Fe)/Al_2O_3/Si结构光电转换效应影响的研究

采用脉冲激光沉积法在n-Si(100)衬底上制备氧化铝膜(Al2O3)和不同温度下的铁掺杂非晶碳薄膜(a-C∶Fe)。I-V特性曲线表明:制备的a-C∶Fe/Al2O3/Si异质结结构具有明显的整流特性和光伏效应,碳膜的制备温度对a-C∶Fe/Al2O3/Si结构电池光伏性能有显著影响。合适的沉积温度能显著增大异质结的开路电压和短路电流,进而增大异质结的光电转换效率,在碳膜制备温度为350℃时,异质结获得最佳光电转换效率。当制备温度超过350℃时,电池的开路电压与短路电流大幅度减小。通过对a-C∶Fe膜的拉曼光谱分析显示,随着制备温度的升高,非晶碳膜的结构经历了从类金刚石向类石墨化的转变,从而对电池的光电转换特性造成显著影响。     

活性层厚度及温度对有机太阳电池的数值分析

利用AMPS-1D软件研究以P3HT∶PCBM为活性层的异质结有机太阳电池的各项性能。仿真结果表明:器件的短路电流、开路电压、光电转换效率、载流子的复合率均随器件活性层厚度的增大而增大,但器件的填充因子和内建电场随厚度的增加而减小。温度影响开路电压,但对短路电流影响不大。通过曲线的拟合发现,填充因子随着活性层厚度的增加呈现一次指数衰减,光电转换效率呈现一次指数增加的趋势。     

金属氧化物多层膜背接触晶体硅太阳电池

采用金属氧化物多层膜作为新型晶体硅太阳电池发射极,并成功制备出多层膜背接触(MLBC)太阳电池,对其器件性能进行详细分析发现,金属氧化物多层膜具有高载流子浓度、低界面复合速率、低方阻,以及优异的光学性能。最终所制备的MLBC太阳电池光电转换效率达17.16%,开路电压可达631 mV,相比于V_2O_x/n-Si太阳电池,器件效率提高了1.36%。测试结果表明,V_2O_x/Ag/V_2O_x作为晶体硅太阳电池发射极,具有低界面复合速率和接触电阻率,具有成为高效率太阳电池的潜力。     

不同ZnO/Cu2O异质结电池的光伏性能

采用电化学沉积法,分别制备薄膜/薄膜型(薄膜型)和薄膜/纳米线型(复合型)Cu2O/ZnO异质结太阳电池,并通过光吸收谱和电流-电压谱测试两类太阳电池的性能。研究发现,与薄膜型异质结太阳电池相比,复合型电池具有更高的电池转换效率。通过对两种不同太阳电池的结构表明,增大PN结面积和改善异质结界面性质是提升该类异质结太阳电池性能的重要途径。     

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。     

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。     

低温暗退火对TOPCon结构钝化性能的影响

n型隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)结构用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备，完成高温快速烧结后，再经过低温暗退火可以极大地提升钝化接触的性能，主要表现在隐含开路电压上升和饱和电流密度下降，其原理是通过低温暗退火的方法激活氢原子，使SiN_x:H中的氢原子向内部扩散，Si-SiO₂界面进一步氢钝化来提高钝化性能。研究结果表明：钝化膜层的质量、暗退火工艺的退火温度和退火时间等对钝化性能提升有很大影响。在最佳退火条件下，获得了6137μs和0.7422 V的高少子寿命和高隐含开路电压，以及3.66 fA/cm²的低饱和电流密度。     

电泳法制备纳米TiO2薄膜

通过电泳法在导电玻璃上制备了二氧化钛薄膜,利用SEM及XRD对样品形貌和结构进行了表征.比较了不同分散剂对薄膜制备的影响.将所制备的薄膜用于染料敏化太阳电池的光阳极,得到了较高的开路电压和短路电流.其中以异丙醇做溶剂并加入少量聚乙二醇所制备的二氧化钛薄膜用于染料敏化太阳电池,开路电压达到0.66V,短路电流达到8.14mA/cm2.