Cl离子掺杂对钙钛矿薄膜结构及光学性能的影响

有机-无机杂化钙钛矿光吸收层薄膜的结构、形貌及结晶度对电池的光电性能起决定性作用.采用一步溶液法通过改变CH3 NH3 I和PbCl2的摩尔比调控钙钛矿前驱体溶液中Cl离子的掺杂量,从而制备钙钛矿光吸收层薄膜.利用荧光光谱(PL)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及EDS能谱分别对钙钛矿溶液的荧光性能、薄膜的结构、表面形貌及反应后Cl离子的含量进行表征.结果表明,随着CH3 NH3 I和PbCl2的摩尔比的增加,前驱体溶液的荧光强度逐渐减弱(激发波长为325 nm);晶体结构由立方相CH3 NH3 PbCl3转换成了纯的四方相CH3 NH3 PbI3钙钛矿薄膜,晶粒尺寸增大,晶格应变随之增加;表面覆盖率逐渐升高,薄膜表面无针状结构出现;薄膜中Cl离子的含量逐渐减少,改善了薄膜的质量.     

溶液法制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿（简称钙钛矿）太阳能电池在近年取得了重大突破,实验室小面积器件的光电转换效率从最初2009年的3.8%提升至现今的22.1%。本文从钙钛矿材料的物化性能、钙钛矿太阳能电池的结构、钙钛矿薄膜的制备方法等方面全面分析了钙钛矿太阳能电池的优势和不足。首先简要回顾了钙钛矿太阳能电池问世以来几个重要发展历程和主流电池器件结构的演变,着重讨论了吸光层钙钛矿薄膜的制备方法,包括一步溶液法、分步旋涂-浸渍法、两步旋涂法、气相沉积法,分析了影响钙钛矿成膜的关键因素、微观形貌控制的工艺技术,对溶剂的选择、溶质成分的调控（包括铅源、各类添加剂的选择）以及钙钛矿结晶的粗化做了详细探讨。指出今后的工作重点在于如何精确控制钙钛矿薄膜的化学成分,提高可重复性和良品率;加强器件工作机理、成膜机理的研究;着眼于大面积器件的制备;提高器件的稳定性及开发环境友好型无铅或少铅电池。     

ZnO纳米颗粒的溶剂热法合成及其DSSCs光电性能

以乙酸锌为锌源、戊醇为溶剂的简单溶剂热法合成了ZnO结构前驱体,前驱体于350℃下煅烧2h得到ZnO纳米颗粒结构。探讨了戊醇和水的比例对产物形貌以及光电性能的影响。用X-射线衍射仪(XRD)及扫描电子显微电镜(SEM)对其结构和形貌进行表征,并以ZnO纳米颗粒作为光电池阳极材料,经N719光敏化剂敏化,与自制的Pt对电极组装成电池器件,在模拟太阳光(100m W/cm2)的照射下,所组装的DSSC太阳能电池的开路电压为737m V;短路电流密度为2.309m A/cm2;填充因子为54.3%;光电转化效率为0.924%。     

铌镁酸钙/钛酸钙多层异质薄膜中的晶格失配与粗糙度累积

采用Pechini法制备Ca(Mg1/3Nb2/3)O3(CMN)及CaTiO3(CT)前驱体溶液,用液相旋涂技术按照一定的排布方式制备了总厚度相同而异质界面数不同的CMN/CT异质结构介电薄膜。研究表明:无论是CMN还是CT,其同质层间均会由于前一层的籽晶作用而产生粗糙度的累积,从而对其相结构、微观形貌和介电性能产生不利影响。异质层间的晶格失配可以消除这种粗糙度累积效应,改善薄膜的相结构和微观形貌。随着薄膜中异质界面数的增加,获得了结晶较好的单一钙钛矿结构异质薄膜,薄膜表面粗糙度降低,介电性能得到提高。     

Ag@TiO_2纳米颗粒等离激元效应增强钙钛矿太阳能薄膜电池性能

将表面覆盖TiO_2层的纳米银颗粒(Ag@TiO_2)加入到钙钛矿(CH3NH3Pb I3)薄膜中,利用纳米银颗粒的局域表面等离激元效应提高钙钛矿太阳能薄膜电池的性能。研究了不同浓度的Ag@TiO_2对薄膜电池性能的影响,发现当Ag@TiO_2在钙钛矿前驱液中的浓度为30 mmol/L时最高效率达17.3%,30组薄膜电池的平均效率为16.02%,相对于未改性薄膜电池(平均效率13.4%)提升了20%。光电测试表明,Ag@TiO_2的加入不但有利于增强钙钛矿薄膜的光吸收,而且可以提高电荷的注入效率,减少电荷复合。     

异质界面个数对PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3/Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3薄膜铁电性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3(PZT)薄膜前驱体溶液,采用水溶液凝胶法制备Ba(Mg_1/_3Ta_2/_3)O_3(BMT)薄膜前驱体溶液。研究了异质界面个数对PZT/BMT薄膜微观形貌、铁电性能的影响。在PZT/BMT薄膜中,PZT薄膜没有裂纹、结晶良好,界面个数的增加有利于PZT薄膜结构的致密。界面个数的增加可降低PZT/BMT薄膜剩余极化值和矫顽场。PZT/BMT薄膜在适当偏置电场下存在一个介电峰值,且正负偏置电场下的介电峰值不同,介电偏压特性曲线呈现不对称分布。采用二极管等效界面势垒和对薄膜电滞回线求导可有效解释介电偏压特性曲线不对称和介电峰值的差异。     

铜锌锡硫光电转换材料性能及溶液 化学制备方法研究

铜锌锡硫（CZTS）具有资源丰富、环境友好、理论光电转换效率高等优点,是理想的薄膜太阳能电池光吸收材料。介绍了CZTS晶体结构和光电转换性能。综述了溶胶-凝胶前驱体法、溶剂（水）热法、热注入法、电沉积法、溶液法等溶液化学方法在CZTS材料制备及其薄膜太阳能电池的研究进展,讨论了目前存在的问题,并指出今后的研究方向。     

高效钙钛矿太阳能电池吸光层的设计与优化

本文设计了多元混合钙钛矿吸光层涂布液配方,并采用两步法组装了钙钛矿电池器件。由于两步法制备钙钛矿电池存在配方复杂、工艺繁多的问题,导致电池器件性能难以提升,因此本文采用了正交实验的方法,筛选出影响电池器件性能的关键因素。针对关键因素设计了系列实验,通过观察钙钛矿层薄膜形貌,测试钙钛矿太阳能电池器件的光电性能,并采用多种表征手段研究了钙钛矿层薄膜性质,确定了关键因素的添加量,最后优选出钙钛矿电池吸光层的最佳配方,得到高质量的钙钛矿薄膜,电池的光电转换效率达到21.1%。     

离子层气相反应法制备CuInS2半导体薄膜

以CH3CH2OH为溶剂,CuCl和InCl3为反应物,H2S为硫源,用离子层气相反应法制备了CuInS2半导体薄膜.用X射线衍射、X射线光电子谱、扫描电镜和紫外-可见光谱等对薄膜的晶型、表面化学组成、表面形貌及光电性能进行了表征.分析了混合前驱体溶液中阳离子浓度比[Cu]/[In]对薄膜化学计量及性能的影响.[Cu]/[In]≥1.25时,可获得黄铜矿结构的CuInS2薄膜,其单相形成区外[Cu]/[In]为1.45～1.65.     

无毒溶剂溶液旋涂制备钙钛矿太阳能电池

混合有机-无机钙钛矿太阳能电池使用有毒试剂二甲基甲酰胺(DMF)或者二甲基亚砜(DMSO)沉积钙钛矿薄膜的方法所获得的光电转化效率超过了20%引起了很大关注。使用无毒试剂代替有毒试剂是实现钙钛矿光伏产业商业化的重要挑战。这里,我们使用环境友好型试剂(水和乙醇)通过两步溶液旋涂法制备钙钛矿(MAPbI_3)薄膜层。在标准光照下(AM1.5,100 mW cm~(-2)),所得到的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率为12%,并且具有较高的重复性。     

连续离子层吸附反应法制备(Zn,Cd)S薄膜及其性能

采用液相薄膜制备工艺——连续离子层吸附反应法(successive ionic layer adsorption and reaction,SILAR),在室温下,使用混合阳离子前驱体于玻璃衬底上制备了(Zn,Cd)S薄膜．采用X射线光电子谱分析薄膜的成分,测定紫外透射光谱,分析不同成分对薄膜光电性能的影响,并使用环境扫描电镜对薄膜的表面形貌进行观察．实验结果表明：SILAR法制备薄膜的生长速率约为3nm／cycle。(Zn,Cd)S薄膜的成分偏离前驱体溶液中的n(Zn)／n(Cd)值,表现为Cd含量偏大,这与CdS和ZnS二者的溶度积不同有关。随着Cd含量的增加,薄膜的透射率和禁带宽度降低,电导率增大。通过控制前驱体混合溶液中不同阳离子间的比例可以得到带宽可调的复合硫化物薄膜。     

离子层气相反应法制备CulnS2半导体薄膜

以CH3CH2OH为溶剂，CuCl和InCl3为反应物，H2S为硫源，用离子层气相反应法制备了CulnS2半导体薄膜。用X射线衍射、X射线光电子谱、扫描电镜和紫外-可见光谱等对薄膜的晶型、表面化学组成、表面形貌及光电性能进行了表征。分析了混合前驱体溶液中阳离子浓度比【Cu】／[In】对薄膜化学计量及性能的影响。[Cu]／[In]〉／1、25时，可获得黄铜矿结构的CulnS2薄膜，其单相形成区外【Cu】／叫为1．45-1．65。     

用于制备高效钙钛矿太阳能电池的反溶剂研究进展

有机-无机金属卤化钙钛矿太阳能电池以钙钛矿优越的光电性能、可行的合成工艺和低廉的制造成本成为光伏研究热点之一。目前钙钛矿太阳能电池依然存在钙钛矿薄膜质量的问题，反溶剂处理即是解决该问题的优秀手段之一。反溶剂处理增加了薄膜形成过程中的晶粒密度，从而产生均匀且无针孔的钙钛矿薄膜，进而提升器件的性能。综述了钙钛矿膜反溶剂处理的种类及工作原理、影响钙钛矿膜质量的反溶剂工艺因素，以及其他替代反溶剂提升钙钛矿膜质量的有效手段。     

热处理工艺对Sol-gel法制备BST薄膜性能的影响

以醋酸锶、醋酸钡和钛酸四丁酯为前驱体原料,采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法,利用旋转涂覆工艺,采用不同的热处理工艺制备了组分为Ba/Sr=0.65/0.35的Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜.采用XRD、SEM和阻抗分析仪分析薄膜的结晶、表面形貌和介电性能.研究了不同热处理工艺对BST薄膜晶化行为、结构和性能的影响.结果表明,最佳热分解温度和时间为400 ℃和30 min,最佳升温速率为0.5～1 ℃;经650 ℃热处理后,BST薄膜已基本形成ABO3型钙钛矿结构,随着热处理温度的提高,薄膜的结晶程度提高,且沿(110)晶面择优取向.经750 ℃热处理的BST薄膜表面光滑致密无裂纹,颗粒均匀分布,晶粒发育较好,且介电性能最佳.     

Fe_(1-x)S纳米材料的可控制备

本文采用高温溶剂-两步热注射法,以Fe(CO)_5和正十二硫醇为铁硫来源,十八烯、油胺、油酸作为溶剂和表面活性剂。研究了铁硫摩尔比、硫化温度对Fe_(1-x)S纳米材料结晶性和形貌的影响,从X射线电子衍射图和扫描电子显微镜图可以看出,通过控制前驱体的摩尔比、硫化温度能控制产品的结晶性和形貌。     

制备方法对钙钛矿薄膜结构及形貌的影响

采用液相连续沉积法制备了有机/无机杂化钙钛矿（CH₃NH₃PbI₃,MAPbI₃）光吸收层,并研究了不同薄膜形貌、晶体结构和光吸收能力对钙钛矿太阳能电池性能的影响。结果表明：制备工艺对吸光层形貌和器件光电性能产生很大的影响。相对于分步浸渍法,分步旋涂法（分步旋涂无机相碘化铅PbI₂和有机相甲胺碘CH₃NH₃I前驱液）和气体辅助修复法（新制初始MAPbI₃薄膜在室温下置于甲胺气氛中）能有效改善薄膜形貌和平整度,获得覆盖完全的均匀钙钛矿吸光层。同时,进一步分析了初始MAPbI₃膜的形貌对气体修复法制备全覆盖平整钙钛矿薄膜的影响,发现初始钙钛矿膜的形貌对最终修复后的膜层形貌没有影响,这可能是因为不同初始MAPbI₃膜经甲胺气体处理后均形成一种"甲胺铅化碘-甲胺"（MAPbI₃·MA）的液态中间相,再经退火处理后均获得平整、致密的钙钛矿膜层,极大地提高了MAPbI₃的结晶度和薄膜均匀性,从而提高活性层的吸光率、光电流和电池效率。     

钙钛矿型多晶薄膜太阳能电池的研究进展

自2009年钙钛矿材料首次被应用到太阳能电池领域以来,由于众多科学工作者的努力,钙钛矿类太阳能电池的研究不断取得新的突破,钙钛矿型多晶薄膜太阳能电池的光电转换效率已经超过了20%,并且还有望继续提高。本文首先简单概述钙钛矿类材料的基本特点和四种基本结构,然后重点介绍钙钛矿型多晶薄膜太阳能电池发展的三个阶段,包括钙钛矿型太阳能电池的起步阶段、钙钛矿型太阳能电池的转换效率快速提高阶段和钙钛矿型太阳能电池性能不断提升阶段。最后指出钙钛矿类薄膜太阳能电池的巨大发展前景以及钙钛矿类太阳能电池发展中面临的有毒、不稳定、寿命短三大问题,如果这些问题被成功解决,会将钙钛矿薄膜太阳能电池的发展推到一个崭新的高度。     

溶剂对刮涂法制备P3HT:PCBM活性层薄膜形貌及光电性能的影响

选用2种混合溶剂氯仿+四氢化萘和二氯苯+氯仿配制活性液,通过刮涂法制备了P3HT∶PCBM活性层,研究了不同溶剂物化参数对P3HT∶PCBM活性层薄膜形貌及其组装电池光电性能的影响。应用显微图像分析仪、紫外可见分光光度计和台阶仪对P3HT∶PCBM活性层薄膜形貌进行了表征;采用X-射线衍射仪和紫外可见分光光度计分别测试了P3HT∶PCBM活性层的晶型结构和吸收光谱;在AM 1.5G、100mW/cm2光照下,测试了电池的光电性能。结果表明:采用二氯苯+氯仿(9∶1)混合溶剂较氯仿+四氢化萘(19∶1)混合溶剂制备的薄膜具有良好的均一性、平滑度、晶体结构,长吸收波长,用其组装的大面积(4cm2)柔性有机太阳能电池光电转换效率提高37%。     

F3EACl修饰层对钙钛矿太阳能电池性能提升的研究

一般来说,钙钛矿表面的陷阱和晶界(GBs)对钙钛矿太阳能电池(PSCs)的性能和长期稳定性非常不利。本研究用一种含有F原子的三氟乙胺盐酸盐(F₃EACl)作为改性层,沉积在钙钛矿(PVSK)层和空穴传输层(HTL)之间,以钝化钙钛矿表面上的陷阱和GBs。通过对F₃EACl修饰后钙钛矿薄膜结晶性、钙钛矿薄膜形貌、钙钛矿薄膜光物理性质以及电池光伏性能的研究发现,F₃EACl与钙钛矿形成的N—H···F氢键作用以及F₃EA⁺和钙钛矿中的I-之间的相互作用能够钝化钙钛矿表面的缺陷,从而提高器件的性能和稳定性。此外,F₃EACl改性层还可以调节钙钛矿层与HTL之间的能级分布,进而提高空穴的提取效率。结果显示,F₃EACl修饰后的PSCs的能量转换效率(PCE)从19.15%提高到22.45%。这表明F₃EACl是一种用来钝化钙钛矿陷阱比较好的材料,可提升PSCs的性能和稳定性。     

氧化锡纳米棒的溶剂热制备及其在钙钛矿太阳电池中的应用

本文以NaOH和SnCl_4·5H_2O为主要原料,在正己烷与水的混合溶液中合成了平均长度分别为59.2 nm和81.7 nm的金红石相氧化锡纳米棒,并将其用作钙钛矿太阳电池的介孔支撑层。用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、紫外一可见分光光度计、瞬态荧光光谱仪和电流密度-电压曲线对其表面形貌、相组成、电子传输以及光伏特性等进行测试。结果表明:交叉分布的氧化锡纳米棒结构有助于钙钛矿的渗透与结晶,一维纳米棒结构有助于电子传输。当纳米棒的平均长度为59.2 nm时,所制备的钙钬矿电池能获得12.33%的光电转化效率,高于平均长度为81.7 nm的纳米棒所制备的电池(11.14%)。