空穴传输材料在高效钙钛矿太阳能电池中的发展演变

钙钛矿太阳能电池(PSCs)转换效率已从2009年的3.8%上升到2017年的22.7%,其快速的发展可能使光伏工业进入革命新阶段。空穴传输材料(HTM)是构成高效钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,开发和设计导电性好、成本低、稳定性好的空穴传输层材料对钙钛矿太阳能电池的研究显得非常重要。本文将近几年应用于钙钛矿太阳能电池中较高效的空穴传输材料归纳为有机小分子类、有机聚合物类和无机材料类,同时也介绍了无空穴传输层的钙钛矿电池。详细评述了基于各类空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池的光电性能及稳定性,重点讨论了HOMO能级、空穴迁移率、添加剂的掺杂等因素对钙钛矿太阳能电池的影响。最后指出了空穴传输材料未来的研究重点和发展趋势。     

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。     

倒置结构全无机钙钛矿太阳能电池的界面层研究进展

铯基无机钙钛矿(CsPbX3)因其耐热性好、低成本和带隙可调等优点,近年来备受关注,并广泛用于制备新型薄膜太阳能电池。目前,虽然具有倒置结构的无机钙钛矿太阳能电池(PSC)更稳定且有望应用于构筑叠层电池的顶电池,其性能仍落后于正置结构的电池。因此,倒置电池的结构,特别是其界面层亟待进一步优化。近年来,研究者们设计和开发了一系列有机、无机界面层(包括空穴传输层和电子传输层),尝试优化基于无机钙钛矿的倒置电池。本综述针对这一现状,从材料和制备工艺的角度出发,综述了基于有机、无机材料体系的多种界面层的制备和应用进展,总结各类界面层材料的特点,讨论目前界面层的瓶颈问题和潜在的解决方案。     

有机电子传输材料在反式钙钛矿太阳能电池中的研究现状

近年来,反式结构的钙钛矿太阳能电池凭借制备工艺简单、可低温成膜、迟滞效应低、适合与传统太阳能电池结合制备叠层器件等优点,受到了人们广泛的关注,经过几年的发展,反式钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已从3.9%提升到25.37%。其中电子传输层作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,在提取和运输载流子、阻挡空穴、调节界面能级结构和抑制电荷复合等方面起着关键性的作用。一些有机材料(富勒烯及其衍生物、苝二酰亚胺、萘二酰亚胺等)凭借容易合成和纯化、能级可调、电子迁移率高、溶解性好、化学/热稳定性良好等优势,已经广泛应用于反式钙钛矿太阳能电池。本文主要介绍了不同有机电子传输材料在反式钙钛矿太阳能电池中的研究现状,还介绍了电子传输层掺杂和界面修饰两种提升器件性能的改性手段,旨在为开发全新的有机电子传输材料提供基础性的理论指导。     

低温TiO2/SnO2双电子传输层的光电性能及其在钙钛矿电池中的应用

作为有机-无机钙钛矿杂化太阳能电池(PSCs)常用的电子传输层(ETL),氧化钛(TiO2)须在高温下烧结才能结晶,因而难以适用于柔性和串联叠层太阳能电池.本文介绍了一种低温溶液法制备TiO2/氧化锡(SnO2)电子传输层,并通过对TiO2/SnO2ETL的系统光学和电学性能测试,证明TiO2/SnO2ETL与钙钛矿层...     

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%。     

碳材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池具有材料成本低廉、生产工艺简单、光电转换效率高等优点,发展前景十分光明。碳材料因其价格低廉、高导电性、疏水性和化学稳定性等特点,被应用在钙钛矿太阳能电池的各个组成部分,用于提高电池性能和降低成本。本文根据应用在钙钛矿太阳能电池中的碳材料的维数进行分类,分别介绍了零维的C60、碳量子点和石墨烯量子点,一维的碳纳米管,二维的石墨烯及其衍生物、石墨炔和三维的石墨等在钙钛矿太阳能电池中的应用,对于将来实现钙钛矿太阳能电池的低成本商业化和大规模制造具有重要意义。     

SnO2退火温度对钙钛矿太阳能电池性能的影响

电子传输层是钙钛矿太阳能电池的关键部分, 起到阻挡空穴、传输电子和减少电子空穴复合的作用。本研究采用低温溶液法制备SnO₂薄膜作为钙钛矿电池的电子传输层, 研究SnO₂的退火温度对电子传输层微观形貌、物理性能以及钙钛矿太阳能电池性能的影响。结果表明: 当退火温度为60、90、120和240 ℃时, SnO₂薄膜表面存在较多的孔隙; 而退火温度为150、180和210 ℃时, 薄膜表面孔隙较少。在实验温度下, 制备的SnO₂薄膜为四方相, FTO玻璃上涂覆SnO₂薄膜后其透过率要优于空白FTO玻璃的透过率。当SnO₂退火温度为180 ℃时, 薄膜的电子迁移率最高, 钙钛矿电池具有最佳的传输电阻和复合电阻, 所得电池的性能最优, 其光电转换效率为17.28%, 开路电压为1.09 V, 短路电流为20.91 mA/cm², 填充因子为75.91%。     

基于能带工程制备氧化镍基底的高效锡-铅共混钙钛矿太阳能电池

钙钛矿叠层太阳能电池因为具有超过肖克利-奎伊瑟效率极限的潜力而备受关注.窄带隙锡-铅(Sn-Pb)共混钙钛矿太阳能电池(PSCs)在钙钛矿叠层太阳能电池的构建中起着关键作用.制备稳定性好、可低温处理的空穴输送层是构建高效Sn-Pb钙钛矿太阳能电池和钙钛矿叠层太阳能电池的关键.在此,我们开发了一种室温处理的纳米晶体氧化镍...     

钙钛矿太阳能电池中NiOx空穴传输层的研究进展

半导体氧化镍（NiO_x）价格便宜、空穴迁移率高、化学稳定性好且可低温制备,由其作为空穴传输层（HTL）制备的反式钙钛矿太阳能电池极具市场应用前景。NiO_x HTL的制备与优化对电池器件的性能至关重要。系统介绍了钙钛矿太阳能电池中NiO_x薄膜的制备工艺及其研究进展。阐述了O₂-plasma、紫外、表面钝化等后处理方式对NiO_x薄膜的缺陷态、表面化学状态以及材料功函数的调控影响。重点综述了掺杂（过渡金属、碱金属、稀土元素掺杂和元素共掺杂）对NiO_x薄膜光学和电学性能以及器件光电性能的影响。最后对NiO_x基钙钛矿太阳能电池的未来发展方向进行了展望。     

Planar Hall Effect in Epitaxial Fe Layers on GaAs(001) and GaAs(113)A Substrates

For ferromagnetic layers with in-plane magnetic fields, the longitudinal and transverse resistivities probe the magnetization orientation and its reversal via a spin-orbit-related resistance anisotropy. In the planar Hall effect, we found new contributions in Fe films on GaAs(001) and GaAs(113)A substrates, which cannot be understood within the conventionally used model of the resistance anisotropy. To understand its origin, we adopted a method to determine the orientation of the magnetization from magnetoresistance data. As a result, we were able to identify a symmetric fourfold and a twofold saturated asymmetric in-plane Hall effect for the Fe/GaAs(001) and Fe/GaAs(113)A systems, respectively. Since these new contributions almost perfectly compensate the planar Hall effect based on the resistance anisotropy, we argue about an intrinsic origin of the planar Hall effect in terms of scattering at spin textures within the Fe films.     

Epitaxial Orientation and Planar Hall Effect for MnAs Films Grown on GaAs(001)

We study the planar Hall effect in high quality thin ferromagnetic films of MnAs grown on GaAs(001) exhibiting hysteresis due to the hindered rotation of the magnetic moment in the plane. The saturation magnetic field H _s, which is necessary to align the magnetization along the hard axis, depends sensitively on the epitaxial orientation of the film. By using out-of-plane magnetic fields directions, we show that H _s is strongest along the direction of the c-axis of the MnAs crystal, thus demonstrating the importance of the crystal field anisotropy for the planar Hall effect.     

Fe-Si-Ge基合金的电学特性

含Ge的P型FeSi2基热电材料的电阻率有较大的下降，但仍保持较高的热电动势率．其功率因子有很大的提高。但对于N型FeSi2基热电材料．Ge的引入使样品向P型转变．并引起电学性能变差。可见，Ge的引入可提高P型FeSi2基热电材料的电学性能．Fe0.91Cr0.09Si1.6Ge0.4的功率因子达到β-FeSi2的10倍左右。     

Electrokinetic Energy Conversion in Self‐Assembled 2D Nanofluidic Channels with Janus Nanobuilding Blocks

Inspired by the microstructure of nacre, material design, and large‐scale integration of artificial nanofluidic devices step into a completely new stage, termed 2D nanofluidics, in which mass and charge transportation are confined in the interstitial space between reconstructed 2D nanomaterials. However, all the existing 2D nanofluidic systems are reconstituted from homogeneous nanobuilding blocks. Herein, this paper reports the bottom‐up construction of 2D nanofluidic materials with kaolinite‐based Janus nanobuilding blocks, and demonstrates two types of electrokinetic energy conversion through the network of 2D nanochannels. Being different from previous 2D nanofluidic systems, two distinct types of sub‐nanometer‐ and nanometer‐wide fluidic channels of about 6.8 and 13.8 Å are identified in the reconstructed kaolinite membranes (RKM), showing prominent surface‐governed ion transport behaviors and nearly perfect cation‐selectivity. The RKMs exhibit superior capability in osmotic and hydraulic energy conversion, compared to graphene‐based membranes. The mineral‐based 2D nanofluidic system opens up a new avenue to self‐assemble asymmetric 2D nanomaterials for energy, environmental, and healthcare applications.     

Porous Janus materials with unique asymmetries and functionality

Porous Janus materials have attracted widespread attention due to their asymmetry in wettability, charge, pore size or structure, thermal/electrical conductivity, and chemical activity. Multifunction integration and unique directional manipulation of liquid, ion, or gas within porous Janus materials enable rapid progress in diverse applications such as fog collection, personal moisture and healthcare management, energy conversion, water purification, sensor devices, and biomedical applications. Compared with conventional homogeneous materials, porous Janus materials not only showcase superior performance and energetic potential but also open up new applications by virtue of the synergistic or independent effects of asymmetry. This comprehensive review systematically analyzes the research progress of porous Janus materials, highlighting fabrication strategies, synergistic/independent work mechanisms, and emerging advanced applications. Finally, ongoing challenges and outlook for the future research of porous Janus materials are presented.     

冷冻运输用蓄冷材料的研制及性能研究

针对蓄冷运输箱冷冻产品的运输,延长冻结贮藏,完善运输环节。采用实验的方法分别研制了．20℃和50℃的相变蓄冷材料。其中以甲酸钠、硝酸钾为主要基材的．20℃材料,经腐蚀性测试测定,具防腐蚀性能,且相变潜热大。添加膨胀石墨的．50℃正己醇材料,相变潜热值较大,导热系数为0．7245W／m．K。所研制的材料有效扩大了冷链温区覆盖范围,具备一定的应用前景。     

太阳能电池有机电子传输材料研究新进展

当今能源危机问题日益紧迫,以太阳能为代表的新能源开发成为研究热点。有机半导体材料具有成本低廉、可塑性强、性能优异等特点,因此在太阳能电池领域中具有极大的应用前景。研发性能优异、成本低、稳定性高的有机电子传输材料是太阳能电池研究领域的重要内容。总结了近年来有机电子传输材料的研究进展和发展方向,按照其分子结构分为富勒烯衍生物、大π共轭体系、非π体系、改性材料、碳纳米材料等5类体系,分别介绍了其结构特性,讨论了其在太阳能电池应用中存在的问题及解决方法,综述了该领域的最新研究成果,最后总结了开发新型高效的有机电子传输材料的研究方向。