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。     

无铅双钙钛矿纳米粉体Cs2AgBiBr6的球磨法制备工艺与性能

以溴化铯、溴化银和溴化铋为原料，采用机械球磨工艺制备无铅双钙钛矿Cs₂AgBiBr₆纳米粉体；在一定的球磨转速、研磨球与物料的质量比条件下，利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、激光粒度分析仪、扫描电子显微镜、紫外可见分光光度计、稳态荧光光谱和热重分析仪等手段对制得的Cs₂AgBiBr₆纳米粉体进行测试和表征，研究球磨时间对纳米粉体Cs₂AgBiBr₆的纯度、粒径和形貌的影响，并对Cs₂AgBiBr₆纳米粉体进行光学性质分析和热重分析。结果表明，随着球磨时间的增加，Cs₂AgBiBr₆纳米粉体最终达到纯相，粒径逐渐减小至约100 nm,颗粒形状由棒状变为圆形颗粒；在球磨转速为500 r/min、研磨球与物料的质量比为4.5∶1时，最佳球磨时间为12 h; Cs₂AgBiBr₆粉体禁带宽度为1.97 eV,发光峰位的波长为630 nm,...     

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。     

高质量钙钛矿单晶CH3NH3PbI3研究进展

有机-无机钙钛矿材料因为具有光谱吸收范围宽、缺陷密度低、载流子复合率低等非常优良的光电性能吸引了广泛关注, 掀起了钙钛矿材料研究热潮。近年来杂化钙钛矿型太阳能电池发展迅速, 光电转化效率目前已达到22.1%, 展现出极大的应用潜力。与多晶薄膜相比, 单晶具有极低的缺陷密度和极少的界面缺陷。多个课题组成功培养出大尺寸钙钛矿单晶, 发现钙钛矿单晶材料具有比其他薄膜多晶材料更好的光响应特性, 是设计制备光伏器件的理想材料。在各类钙钛矿材料中, CH₃NH₃PbI₃是研究和应用最广泛的一类钙钛矿材料。本文主要针对近年来CH₃NH₃PbI₃单晶材料的研究制备进行综述, 介绍了CH₃NH₃PbI₃单晶材料的结构及性能, 重点总结了CH₃NH₃PbI₃单晶材料生长制备方法和应用, 并对其发展趋势进行了展望。     

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的研究进展

可溶液加工的高效太阳电池及其活性层材料一直是全世界学术界与产业界关注与研究的热点。近年来,由于优异的光吸收特性和载流子传输能力,以及相对简单的制备方法,具有立体三维结构的有机-无机杂化钙钛矿晶体材料在太阳电池中的应用受到越来越多的关注,并在过去的两年内取得了重大的研究进展。有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的光电转化效率(PCE)纪录被不断刷新,目前已达19.3%,与无机太阳电池相当。主要从有机-无机杂化钙钛矿材料的结构与性质、有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料的制备方法、纳米多孔载体结构和平板结构钙钛矿太阳电池、杂化钙钛矿太阳电池的稳定性4个方面,介绍了有机-无机杂化钙钛矿太阳电池近期的研究进展,并对其发展方向进行了展望。     

大面积有机–无机杂化钙钛矿薄膜及其光伏应用研究进展

有机–无机杂化钙钛矿太阳能电池具有制备成本低、光电转换效率(Photoelectric Conversion Efficiency, PCE)高的巨大优势,显示出广阔的商业化前景。经过十几年的深入研究,钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)的实验室器件(<1 cm2)、大面积器件(1～10 cm2)、迷你模组级器件(10～800 cm2)和模组级器件(>800 cm2)的最高认证PCE已分别提升至26.10%、24.35%、22.40%和18.60%。随着PSCs面积扩大,PCE急剧下降,这主要是因为制备方法的局限性,难以获得高质量的大面积钙钛矿薄膜。实验室器件常采用的旋涂法难以应用到实际生产中,目前大面积钙钛矿薄膜的制备方法主要有刮涂法和狭缝涂布法,但其存在薄膜成核结晶过程难以精确控制等问题。本文从大面积有机–无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法入手,介绍了大面积钙钛矿层成膜机制及薄膜质量提升策略。最后,对未来高PCE、高稳定性的大面积PSCs的制备技术和应用进行了展望,旨在对高性能的大面积PSCs研究提供有益参考。     

Fmoc-FF-OH钝化钙钛矿薄膜及其太阳能电池性能研究

有机-无机杂化钙钛矿具有高的光吸收系数、可调节的带隙以及双极性的电荷传导特性,是一种理想的光吸收材料。然而,溶液法制备的钙钛矿薄膜在表/界面上存在多种缺陷,会抑制载流子传输并引发复合。本研究选用含多官能团的氨基酸衍生物——9-芴甲氧羰基-L-苯丙氨酸-L-苯丙氨酸(Fmoc-FF-OH)作为添加剂来降低钙钛矿膜缺陷并抑制晶界上的载流子复合。结果表明,当Fmoc-FF-OH的浓度为0.6g·L^–1时,钙钛矿薄膜的粒径从138nm增大到210 nm,缺陷态密度从2.46×10¹⁵ cm^–3降低至2.17×10¹⁵ cm^–3。同时,钙钛矿太阳能电池也表现出最优的性能,开路电压从1.05 V提升到1.10 V,器件的光电转化效率(PCE)从15.50%提升到17.44%。在220 h的稳定性测试中,器件的光电转化效率仍能维持初始的71%。     

CuxO用于调控全无机碳基CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池的界面性能

基于CsPbI₂Br的全无机碳基钙钛矿太阳能电池由于碳电极与钙钛矿层间接触性能较差和能带不匹配等问题,导致其光电转化效率较低。本文采用简单的葡萄糖还原法结合煅烧技术制备了两种不同形貌和结构的规则八面体构型Cu_xO,将之作为无机空穴传输材料,制备了结构为导电玻璃(FTO)/SnO₂/CsPbI₂Br/CuxO/C的碳基钙钛矿太阳能电池,研究了CuO和Cu₂O的形貌、结构对光电性能的影响机制。结果显示：CuO和Cu₂O皆具有良好的化学稳定性和p型载流子传输特性,可有效增强CsPbI₂Br钙钛矿层与碳电极层之间的界面接触,改善载流子传输性能,减少电荷复合,延长光电子寿命。基于Cu₂O和CuO的CsPbI₂Br基碳基钙钛矿太阳能电池(C-PSC)器件的光电转换效率最高分别为11.62%和13.22%,分别比空白对照器件的光电转化效率提高了19.5%和36.0%。此外,通过添加Cu₂     

多功能材料磷酸乙醇胺修饰SnO2层实现柔性钙钛矿太阳能电池的光伏性能大幅提高(英文)

SnO₂电子传输层(ETL)、钙钛矿薄膜及它们界面中的各种缺陷导致的非辐射复合损失极大地阻碍了柔性钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能和稳定性的进一步提高.因此,迫切需要开发有效的策略来解决这些问题.在此,我们将多功能材料磷酸乙醇胺(PE)添加到SnO₂水溶胶中以抑制缺陷并制备高质量的ETL.结果表明,由于新共价键Sn–O–P的形成, PE的引入可以显著减少Sn悬挂键的数量,这有利于改善SnO₂的电学特性和获得致密的SnO₂薄膜.同时, PE分子的氨基(NH2)基团可以与钙钛矿中未配位的Pb²⁺相互作用,从而抑制SnO₂/钙钛矿界面缺陷和改善钙钛矿薄膜质量.相应地,基于SnO₂-PE复合ETL的柔性和刚性PSCs实现了优异的光电转换效率,分别为18.48%和21.61%.此外,基于SnO₂-PE的柔性PSCs呈现出良好的弯曲耐久性,在1000次弯曲循环后仍保留初始效率的90.6%.     

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。     

大面积钙钛矿薄膜制备技术的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其较高的光电转换效率和较低的生产成本而备受关注.其优异的光电性能主要归因于该类钙钛矿材料的光吸收系数高、载流子迁移率高、载流子寿命长、带隙可调等物理特性;由于其可基于溶液加工法进行规模化生产,使其生产成本大幅降低,并快速成为新型薄膜太阳能电池新星.在过去十年的时间里,钙钛矿太阳能电池小面积器件(<1 cm2)的光电转换效率已经从2009年的3.8％迅速飙升至25.2％;而其小模块级组件(10～800 cm2)效率已提升至18.04％;模块级组件(>800 cm2)的光电转换效率也已经刷新到16.1％.小面积器件和模块级组件效率失配的关键因素之一是高质量、高均一性的大面积钙钛矿薄膜沉积方法的局限性.小面积器件钙钛矿成膜通常使用的是溶液旋涂法;但是,溶液旋涂法存在厚度不均匀、原料浪费严重等缺点,因而不适合用于制备大面积钙钛矿薄膜.当前,大面积钙钛矿薄膜的沉积方案处于多样化的研究当中,尚未形成稳定的工业化生产规模.迄今为止,主要报道的大面积钙钛矿薄膜的制备方法主要有:刮刀涂布法、狭缝涂布法、喷涂法、喷墨打印法、软覆盖沉积法、气相沉积法.本文归纳总结了近期大面积钙钛矿薄膜制备方法的研究进展;并对其基本原理进行分析与讨论,对比了各种大面积钙钛矿薄膜制备方法的优缺点;展望了它们在未来研究和产业化过程所面临的问题及其发展前景;旨在加深读者对大面积钙钛矿薄膜的沉积方法的理解,以期为大面积、高效率钙钛矿模组的研究与开发提供有益的参考.     

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...     

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。     

定向控制介孔PbI2支架制备效率达22.7%的钙钛矿太阳能电池(英文)

顺序沉积技术为钙钛矿薄膜的制造提供了一种有前途的策略.然而, PbI₂薄膜的高度结晶和致密形态会影响钙钛矿薄膜的质量和再现性.本文将烟酰胺(NTM)衍生物作为简单有效的多功能配体引入到PbI₂前体溶液中,获得了方向可控的介孔PbI₂支架,这源于强烈的化学相互作用和溶剂的加速挥发.本文还制备了位于钙钛矿薄膜晶界处并具有NTM衍生物的纳米带PbI₂晶体,其可以钝化缺陷并提高载流子寿命.基于6-(三氟甲基)烟酰胺(6-F-NTM)调制薄膜的钙钛矿太阳能电池的功率转换效率可提高到22.7%,在2000小时老化后,其功率转换效率为原始值的98.8%.本工作为调节PbI₂薄膜的结晶和控制过量的PbI₂结构以实现高效钙钛矿太阳能电池提供了新思路.     

钙钛矿太阳能电池界面工程优化研究

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有高能量转换效率、低能耗和低成本等优点,但PSCs界面缺陷引起的非辐射复合严重阻碍了其光电转换性能提升。本研究通过降低氧化镍空穴传输层的粒径尺寸,提高粒径均匀性,实现了光生空穴在电池界面的高效传输;并通过优化钙钛矿薄膜的反溶剂作用时间提升结晶质量,降低界面非辐射复合,改善空穴传输层和钙钛矿的界面问题,使钙钛矿太阳能电池的能量转换效率(PCE)从10.11%提高到18.37%。开尔文探针力显微镜(KPFM)研究表明,界面优化后的钙钛矿薄膜在亮态下的表面接触电位差相比于暗态下增加了120.39 mV。采用压电力原子力显微镜(PFM)分析钙钛矿薄膜明暗态铁电性能,发现界面优化后的钙钛矿铁电极化变化微弱,说明优化界面有效降低了电池界面缺陷和迟滞效应。该研究结果表明,优化氧化镍空穴传输层,提高钙钛矿薄膜质量,减少了界面缺陷,降低了非辐射复合和电池迟滞效应,提高了钙钛矿太阳能电池的能量转换效率。     

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。     

NiO层作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备和性能研究

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因具有光吸收强、载流子扩散长度长等优点,近年来在光伏领域吸引了广泛的关注,其中,无机NiO薄膜在电池结构中作为空穴传输层已发展成为钙钛矿电池研究的重要方向。采用溶液旋涂法制备了NiO薄膜,系统优化了不同烧结温度和不同浓度条件下NiO薄膜对钙钛矿电池性能的影响。采用扫描电镜、X射线衍射、紫外-可见分光光度计、电流-电压测试、光量子效率等方法分别观察和分析了NiO薄膜以及相应电池的光电性能。结果表明:溶液旋涂法制备的NiO薄膜具有良好的覆盖性、非常低的表面粗糙度,当制备NiO的预制溶液浓度为0.05mol/L,NiO的烧结温度为500℃时,获得了最优的电池性能,最高电池转换效率为14.62%。     

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。     

共沉淀法制备Cs2Ag0.1Na0.9BiCl6:Tm3+双钙钛矿及其近红外发光性能

间接带隙的Cs₂NaBiCl₆双钙钛矿材料具有近红外宽波段发射特性,但低发光效率限制了其在近红外发光领域的应用。本工作通过共沉淀法快速制备微米级尺寸的Cs₂Ag_0.1Na₍0.9_Bi Cl₆:Tm³⁺双钙钛矿晶体,实现了近红外荧光增强,并系统研究了其光学吸收、光致发射(PL)、光致激发(PLE)、时间分辨光致发光和荧光量子效率(PLQY)等光学性能。共沉淀法制备的Cs₂Ag_0.1Na_0.9BiCl₆:Tm³⁺的光学带隙为3.06e V。在350nm紫外光激发下,可以观察到峰值位于680 nm的近红外宽峰发射,这源于自陷激子发光。通过引入Tm³⁺作为新的发光中心,实现了810nm波段的近红外发光增强,在780～830 nm波段荧光量子效率(PLQY)从1.67%提高到11.77%,提高...     

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。