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。     

H_2Se气态硒化后退火温度对CIGS薄膜中Ga再分布的影响

采用H_2Se气体在400℃下对溅射的Cu-In-Ga金属预制层进行硒化处理制备CIGS薄膜,然后采用原位退火的方法改善Ga元素在CIGS薄膜内的纵向分布和薄膜内的晶粒尺寸,研究退火温度对CIGS薄膜表面Ga元素含量和结晶性的影响。CIGS薄膜中Ga元素的分布决定薄膜的禁带宽度和太阳电池的开路电压,通过优化退火温度,CIGS太阳电池的转换效率相对增益达到20%,最终达到14.39%的转换效率和590 mV的开路电压。     

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。     

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.     

非晶硅太阳电池瓦

日本三洋公司试制成非晶硅太阳电池瓦,输出功率为2瓦的每片价格2000-2500日元。该太阳电池的面积为500cm~2,光电转换效率为6%(模拟阳光、AM1,100mW/cm~2),开路电压为9V(11个单元串联),短路电流为13mA/cm~2,填充因子为0.57。     

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%。     

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。     

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℃）。     

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%。     

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~(-4)Ω·cm、载流子迁移率高达35.3 cm~2/(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 cm~2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/cm~2,可提升电池的光电转换效率。     

H2Se气体硒化中温度对CIGS吸收层特性的影响

采用H_2Se气体对铜-铟-镓金属预制层进行硒化制备铜铟镓硒(CIGS)光吸收层,研究硒化过程中温度对CIGS结晶质量及光学特性的影响。400~500℃单一温度硒化制作的CIGS薄膜的表面平整性较差,存在颗粒状聚集物。在硒化前引入200℃低温预处理过程,可提高CIGS薄膜表面的平整性和致密性。在400℃硒化后导入500℃高温热处理过程可提高CIGS的结晶质量并改善Ga元素掺入的均匀性。光学特性测量显示,优化硒化温度可降低CIGS薄膜的缺陷态,从而提高Ga元素在薄膜中的掺入效果,CIGS薄膜的光学带隙可达1.14 e V。利用CIGS薄膜制备的太阳电池光电转换效率达13.1%,开压为519 m V,有效面积为0.38 cm~2。     

PVP对染料敏化太阳电池特性的影响

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为成膜剂,采用刮涂的方法制备染料敏化太阳电池光阳极中的TiO2薄膜.将一定量的PVP溶解到无水乙醇中与0.5g P25以及其它有机小分子物质混合,搅拌均匀后研磨制成TiO2胶体,将其均匀涂覆在导电玻璃上(膜厚度约为14μm),经过450℃烧结后浸附染料,制成TiO2光阳极.研究发现:当其它条件不变时,改变PVP用量会明显影响短路电流密度、开路电压、填充因子,进而影响光电转换效率.在其它条件固定不变的情况下,最后得出最优的PVP加入量为0.30g,电池的光电转换效率可达到6.37%.     

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。     

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%。     

多步扩散制备太阳电池pn结工艺的研究

在制备晶体硅太阳电池pn结的扩散工序中,工艺设计对硅片中磷浓度的分布起重要作用进而会影响电池电性能,通过实验研究,优化得出多步扩散工艺。结果显示,采用多步扩散方法可减少死层、增加电活性磷掺杂量,并能通过适当调整第二次恒定源扩散工艺参数实现对填充因子的独立控制。与常规的两步扩散工艺相比,新工艺制备的太阳电池开路电压Voc升高6 m V,填充因子FF得到明显改善,光电转换效率Eff有0.4%的绝对提升,使组件输出效率CTM相应提高0.97%。     

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。     

太阳电池光电性能户外测试方法与测试仪器

提出了通过测量环境温度及自然阳光下标准太阳电池短路电流来确定太阳实际辐照度的方法,设计了太阳电池光电性能户外测试仪器,可在现场对太阳电池的I-U曲线、短路电流、开路电压、峰值功率、峰值功率点所对应的电流和电压、填充因子、光电转换效率和串联电阻等进行快速测量,并将各项测量结果转换为STC下的对应值。实践证明,该仪器使用方便,测量结果重复性好、精度高。     

CIGSeS薄膜太阳电池的H_2S硫化研究

采用H_2S硫化的方法制备铜铟镓硒硫(Cu(In_(1-x)Ga_x)(Se_(1-y)S_y)_2,CIGSeS)吸收层,研究硫化温度和时间对CIGSeS吸收层和电池性能的影响。结果表明,550～580℃硫化处理时,电池的开路电压得到有效提升,但硫化温度为600℃时,薄膜表面出现局部开裂现象,电池短路电流和效率严重下降。硫化处理可促进铜铟镓硒(Cu(In1-xGax)Se2,CIGSe)吸收层内Ga元素向表面扩散,Ga和S的共同作用可有效提高吸收层表面带隙和太阳电池的开路电压。最终,采用580℃硫化30 min条件下制备的太阳电池开路电压比硫化处理前提高约80 mV,填充因子提高约5%,最高效率为13.69%,有效面积效率为14.62%。而采用580℃硫化10 min后再降温硫化20 min的变温硫化工艺不仅可减少热预算,而且可制备出同580℃恒温硫化30 min时转换效率相当的太阳电池。     

多功能太阳电池电性能测试系统

多功能太阳电池电性能测试系统,采用大功率冷光灯做模拟太阳光源,对主机及样品架采取了有效的温控措施,并使用单板微处理机对测试结果进行联机实时处理,测试准确、快速、方便。 该系统主要由主机、I—V曲线显示和记录仪器、数据处理设备组成(图1),可综合测定(?)60以内各种规格太阳电池的电特性参数:开路电压V_(oc),短路电流I_(sc),最大功率输出P_m,最佳工作点电压V_(mp)和电流I_(mp),光电转换效率η,填充因子FF,最佳负载电阻R_L,串联电阻r,以及开路电压、短路电流、最大功率输出的温度系数等。系统方框图见图2。     

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。