杂化钙钛矿材料在太阳电池中的应用与发展

杂化钙钛矿是近年来发展非常迅速的一类新型光电材料。自从2009年日本学者首次研究钙钛矿敏化太阳电池, 经过五年的发展, 有机铅卤化物钙钛矿太阳电池光电转换效率从最初的3.1%跃升到19.3%。本文介绍了有机铅卤化物钙钛矿的结构及其在有机/无机杂化钙钛矿太阳电池中的应用, 并从有机铅卤化物钙钛矿太阳电池的发展历程、器件结构、制备方法等方面做了总结。最后简要讨论了钙钛矿太阳电池的长期稳定性、环境问题, 并就未来发展趋势进行展望。     

钙钛矿材料太阳电池发展的关键问题

钙钛矿太阳能电池凭借制造成本低、效率高等显著优点迅速成为近些年全球太阳能电池领域的研究热点。然而,钙钛矿太阳电池在高效电池器件的稳定性、重现性以及性能评估等多方面存在较多的问题,另一个严重限制其今后研究发展的因素是如何制备出连续、致密高质量的铅卤钙钛矿薄膜层。本文简单介绍了有机-无机杂化钙钛矿的结构和性能,综述了基于此类材料的太阳能电池的研究进展,介绍了其工作机理并总结了影响钙钛矿太阳电池性能的关键问题,指出了进一步提高钙钛矿太阳电池性能的努力方向,并展望了钙钛矿太阳电池的发展前景。     

福建物构所快速响应的光电探测晶体材料研究取得进展

正近年来无机有机杂化材料表现优异的光电性能,其中的二维层状有机-无机杂化钙钛矿材料由于其量子肼结构特性和组份可调型性在光电探测领域引起了研究者的极大重视;然而,较慢的响应速度(一般在毫秒数量级)制约了其在光电子器件方面的发展。因此,探索开发超快响应的光电探测晶体材料迫在眉睫。中科院福建物构所结构化学国家重点实验室"无机光电功能晶体材料"罗军华研究员团队成功制备出一例基于2D层状无机-有机杂化钙钛矿的超快响应光电探测器件。该器件展现出超快的响应速度(1.52μs),比同类型的光电探测器     

咔唑基杂化钙钛矿材料的研究

有机/无机杂化钙钛矿材料是一种综合性能良好的有序复合光电材料。选择具有较大共轭的咔唑类铵盐作为杂化钙钛矿的有机组分,合成氯化锌基杂化钙钛矿[(C_6H_4)_2N(CH_2)_6NH_3]_2ZnCl_4(N6AHMC-ZnCl_4)。发现在该杂化钙钛矿材料中,由于有机/无机协同增强作用,使得该材料在紫外光区239nm、265nm、298nm、336nm和351nm处有较强的吸收峰,在分解温度为243℃条件下的失重率为5%,具有较好的热性能。     

CsPbI2Br无机钙钛矿太阳能电池的研究进展

近年来,钙钛矿太阳能电池因具有较好的光电性能、较低的制造成本获得了大量的关注。有机—无机杂化钙钛矿材料中不稳定的有机成分用无机金属铯离子取代制备出的无机钙钛矿材料因具有优异的热稳定性得到了研究者的青睐,其中以CsPbI₂Br为光活性层的无机钙钛矿太阳能电池具有很大的商业应用前景。本文从制备条件、离子掺杂、界面修饰等方面入手,系统地介绍了其研究进展,并展望了CsPbI₂Br无机钙钛矿太阳能电池未来的发展方向。     

全无机CsPbBr3钙钛矿太阳电池的研究进展

自2009年第一次报道以来,有机-无机杂化钙钛矿太阳电池(PSCs)的光电转换效率(PCE)从3.8％提升至25.5％,已可以与商业化的晶体硅太阳电池相媲美,引起全世界研究者的极大关注.然而,由于杂化物晶体结构中有机成分弱的化学键,器件长期稳定性受到很大的影响.近年来,用无机Cs+完全取代有机基团构成全无机卤化物钙钛矿被认为是解决太阳电池稳定性问题的有效途径.在Cs基钙钛矿之中,CsPbBr3具有最优异的耐热、耐光、耐湿性能,作为顶电池具有与晶体硅太阳电池组成长寿命叠层太阳电池的潜力.本文系统地综述了CsPbBr3 PSCs领域的研究进展,首先介绍了CsPbBr3 PSCs的发展历史及CsPbBr3的晶体结构和基本特性,随后阐述了CsPbBr3薄膜的制备方法、CsPbBr3的元素掺杂改性、器件的界面工程等方面的研究进展;最后,讨论了当前存在的问题和提高CsPbBr3 PSCs性能的未来方向,为进一步推动钙钛矿太阳电池的实用化进程提供参考.     

杂化钙钛矿(HOC2H4NH3)2CuCl4的制备与表征

采用低温溶液法合成了新型层状有序的含有羟基的有机/无机杂化钙钛矿材料(HOC₂H₄NH₃)₂CuCl₄, 采用元素分析、红外光谱、紫外-可见光吸收光谱、X射线衍射和X射线吸收精细结构等手段对其结构与性能进行了表征。结果表明:该材料通过无机框架诱导有机组分有序排列, 形成了规则的层状结构, 有序性高。该杂化钙钛矿材料的分解温度为212℃, 电阻率为2.86×10⁶ Ω·cm, 比不含羟基杂化钙钛矿的电阻率低两个数量级。紫外-可见光吸收光谱显示285 nm左右有一归因于电子从Cl(3p)价带顶跃迁到Cu(4s)导带底而产生的吸收峰。X射线吸收精细结构谱图表明: 二维层状杂化钙钛矿晶体中的Cu²⁺与6个Cl^-形成八面体配位, Cu-Cl键长为0.191 nm, 层间距为1.099 nm。     

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池研究进展

高效率的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池是太阳能电池研究领域的明星,近年来取得了蓬勃发展。由染料敏化电池发展而来的钙钛矿太阳能电池具有成本低、能带窄、吸光系数高、载流子迁移率高等一系列显著的优势,使其在科学研究和商业应用领域表现出了极大的潜力。综述了钙钛矿太阳能电池的结构和关键材料的研究进展。     

(C_(4n)H_(8n+1)NH_3)_2CuCl_4层状钙钛矿结构杂化材料的制备与性能

本文将不同碳链长度的有机胺与氯化铜复合,制备了一系列含直链烷基胺的杂化钙钛矿结构晶体材料,并对其结构性能进行了研究,发现可以通过改变杂化材料中烷基链长度对材料的热稳定性、溶液加工性、光学性质进行调控。系统研究表明,随着杂化材料中碳原子数的增加(4→8→12),杂化材料的溶液加工性提高,烷基链间相互作用力增强,有机、无机组分间氢键强度随之增大,杂化材料的热稳定性提高。     

Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池研究进展

近年来,有机–无机杂化钙钛矿太阳能电池以其优异的性能和低廉的制造成本受到了广泛关注。然而,其含有铅元素的毒性以及稳定性阻碍了进一步商业化应用。双钙钛矿材料Cs₂AgBiBr₆具有稳定性优异、毒性低、载流子寿命长和载流子有效质量小的优势,是一种颇具潜力的光伏材料,已被应用于太阳能电池并展现出良好的性能。但是Cs₂AgBiBr₆钙钛矿太阳能电池的光电转换效率还无法与有机–无机杂化钙钛矿太阳能电池相媲美,发展仍面临诸多挑战。本文首先介绍了Cs₂AgBiBr₆的晶体结构及容忍因子等结构参数;然后介绍了溶液法、反溶剂辅助成膜法、气相法、真空辅助成膜法以及喷涂法等薄膜制备工艺的进展,评述了各种薄膜制备工艺的优缺点;接着从元素掺杂、添加剂工程及界面工程(界面能级匹配和界面缺陷钝化)三方面介绍了Cs₂AgBiBr₆钙钛矿太阳能电池的性能优化策略,结合近年来的研究进展进行了评述;最后指出Cs₂AgBiBr     

有机-无机杂化体异质结太阳电池研究现状

有机-无机杂化体异质结太阳电池以无机半导体纳米晶作为电子受体,共轭聚合物作为电子给体,是近年来的一个研究热点。在设计上,有机-无机杂化材料兼具有机材料的柔性、结构多样性、易加工和无机材料载流子迁移率高、稳定性好的优势,具有良好的发展前景。介绍了有机-无机杂化体异质结太阳电池的结构、工作原理,从共轭聚合物、无机半导体纳米材料以及电池制备工艺3个方面综述了近年来国内外研究现状,主要包括有机-无机杂化体异质结太阳电池中常用共轭聚合物结构、带隙,无机纳米晶种类、形貌、表面改性以及有源层厚度、形貌调控等内容。着重介绍了基于CdSe、TiO2、PbS类纳米晶的太阳电池。最后讨论了有机-无机杂化体异质结太阳电池目前存在的问题和发展方向。     

机械化学促成可调谐光-电多功能响应二维杂化钙钛矿材料

二维有机-无机杂化钙钛矿因在光伏、光电子等领域的巨大应用潜力而备受关注.此外,该类材料具有突出的结构可调性和材料稳定性,为功能性质的设计调控及器件应用提供了丰富的材料设计平台.然而,将多种物理通道的性质整合实现材料的多功能性仍具有挑战性,而对其进行快速有效的调节更是难上加难.迄今为止,尚未成功实现可调谐的光电多通道响应...     

无机电荷传输层在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中的应用及研究进展

近年来,基于有机-无机杂化钙钛矿材料为光活性层构建的太阳能电池由于具有直接带隙、吸光系数高、激子束缚能低、激子和载流子扩散距离长,以及成本低、制备工艺简单、光电转换率高、易于实现大面积柔性器件等优点,而成为当今新型光伏技术中一颗耀眼的新星。在钙钛矿太阳能电池中,电荷传输层在提高光电转换效率、稳定性及寿命等方面扮演着非常重要的角色,其中无机电荷传输层因具有载流子迁移率高、稳定性好、制备工艺简单等优势越来越受到人们的关注。本文总结了无机电荷传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用,详细介绍了各种无机电子/空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。     

福建物构所有机无机杂化双轴铁电光伏材料研究获进展

<正>铁电体是一类重要的功能材料,它最显著的特性是材料内部的自发极化能够在外界条件(压力、电场、光等)下改变方向。与单轴铁电体相比,多轴铁电体具有多个等效极化方向,极化翻转更加容易。近年来,有机无机杂化钙钛矿因其丰富的物理特性,在光伏器件、存储器、传感器等领域具有广阔的应用前景。然而,基于杂化钙钛矿实现具有光伏效应的多轴铁电体     

醋酸铅添加剂在印刷钙钛矿太阳能电池中的应用

印刷钙钛矿太阳能电池采用无机介孔骨架包覆有机无机杂化钙钛矿材料的器件结构,制备工艺简单,原材料成本低廉,且稳定性优异.然而,在介孔骨架中均匀沉积高质量的钙钛矿材料存在一定困难.本研究通过在典型钙钛矿材料甲胺铅碘(MAPbI3)前驱液中引入醋酸铅(Pb(Ac)2)作为添加剂,加快钙钛矿晶体的成核从而改善其在介孔骨架中的生...     

CsPbI2Br无机钙钛矿太阳能电池稳定性的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿材料中易挥发的有机成分(MA⁺,FA⁺)用高耐热性无机金属铯离子(Cs⁺)取代,用其制备的太阳能电池具有优异的热稳定性。自2016年以来,以CsPbI₂Br材料作为光活性层的无机钙钛矿太阳能电池(IPSCs)的光电转换效率(PCE)从9.84%提高到18.06%,但是IPSCs的稳定性问题仍然制约其商业化。本文总结和分析了影响CsPbI₂Br IPSCs稳定性的因素,从制备工艺、离子掺杂、界面优化等方面评述了近年来IPSCs稳定性的研究进展,并展望了CsPbI₂Br IPSCs的研究趋势和发展方向。     

有机/无机杂化钙钛矿(C4H9NH3)2ZnCl4的制备与表征

合成了新型的有机/无机杂化钙钛矿（C4H9NH3）2ZnCl4,采用元素分析、红外光谱和X射线衍射对其结构进行了表征,结果表明这种材料具有规则的层状结构,有序性高,热分析结果表明（C4H9NH3）2ZnCl4在170℃的高温处存在一个固-固相转变。     

溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化光波导材料研究进展

有机-无机杂化材料因同时具有有机功能基团和无机功能基团的结构特点而易于有机光活性物质和无机活性物质的掺杂已被人们广泛关注和大力研究.溶胶-凝胶法是制备有机-无机杂化光波导材料的主要方法.阐述了溶胶-凝胶法制备杂化材料的原理,比较了几种目前研究得较多的有机-无机杂化光波导材料体系,指出了各自的优缺点,介绍了杂化材料制备光波导器件的工艺流程,最后归纳了溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化光波导材料过程中存在的问题.     

基于形核结晶调控的钙钛矿太阳电池印刷制造的研究进展

目的 有机–无机杂化钙钛矿太阳电池以其优异的光电转换性能和低成本溶液加工等优势受到了科研工作者和产业界人士的广泛关注,文中着眼于解决把实验室的旋涂研发工艺转换为可大规模重复生产的工艺这一直接挑战。方法 印刷制造技术具有低成本、大规模、高产率、适用于柔性基底等优点,是应对该挑战的有效手段。深入梳理和总结印刷制造中钙钛矿薄膜的形核与结晶过程,对于印刷高质量钙钛矿薄膜和实现大面积高效钙钛矿太阳电池制造至关重要。结论 分析了钙钛矿形核结晶的热力学与动力学基本理论,从钙钛矿形核结晶调控这一角度出发,对各类印刷工艺制造大面积钙钛矿薄膜及光伏器件的研究现状做出相应评价,认为“升级制备技术、创新材料体系、改善稳定性能”三步走将掀起钙钛矿产业化的新浪潮。     

以ZnO纳米棒阵列为电子传输层的无空穴层有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池

近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速,其光电转化效率(PCE)已提升至23.3%,成为当今太阳能电池领域无可争议的研究焦点。研究发现,PSCs结构组成与性质对光电性能影响显著。其中,电子传输层的形貌结构不仅影响钙钛矿晶体的成长,同时也决定了电子扩散系数和电子寿命。本工作将ZnO纳米棒阵列(Nanorods array,NRAs)作为电子传输层,应用于无空穴传输层的基于碳对电极的杂化钙钛矿太阳能电池中。通过水热法制备了不同长度的ZnO NRAs,经测试发现,对应的钙钛矿电池的PCE随ZnO NRAs长度的增加呈先升高后下降的趋势,当ZnO NRAs长度为454 nm时,PCE最优为6.18%。