CBD方法制备的Zn(O,S)薄膜的微结构表征及性能

对低温化学浴沉积方法制备的Zn（O,S）薄膜进行了研究,通过XPS、SEM、XRD、拉曼光谱、PL谱、紫外-可见吸收光谱等手段对薄膜的形貌、结构及组成进行系统表征,探究了其作为钙钛矿电池电子传输层的可能性。研究表明：化学浴沉积（CBD）方法制备的Zn（O,S）薄膜为ZnO、ZnS和ZnOS合金的复合膜;该薄膜对CH₃NH₃PbI₃光吸收层具有与TiO₂相当的电子抽提能力,是一种可供选择的高效柔性钙钛矿电池电子传输层材料。     

甲胺铅碘钙钛矿物性及制备过程的分子模拟

应用分子动力学方法分析了甲胺铅碘晶体的结构特征与机械性质等相关物性,模拟了用蒸气沉积法在TiO₂基底上制备甲胺铅碘晶体的过程,探讨了生成的PbI₄^2-、PbI₅^3-和PbI₄^6-多面体的排布方式,结合周围CH₃NH₃⁺的分布筛选出满足结构要求的初生晶核,分析了前驱盐配比对甲胺铅碘初生晶核产量的影响。结果表明,在拉伸过程中,甲胺铅碘晶体经历弹性形变、塑性形变以及断裂三个阶段,拟合计算得到的弹性模量与实验值符合较好;大部分初生晶核以PbI₅^3-金字塔的结构存在。前驱盐配比对各系统中PbI_x多面体的总含量影响较小,但对其中排布有效的PbI_x结构以及初生晶核的产量影响较大,二者产量随着配比PbI₂∶CH₃NH₃I的增加而迅速减小,这一关系与研究者发现的实验现象相符。     

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。     

磁场对(C4H9NH3)2(CH3NH3)Pb2I7钙钛矿发光特性调控的研究

(C₄H₉NH₃)₂(CH₃NH₃)Pb₂I₇是一种Ruddlesden-Popper相钙钛矿材料，具有层状结构，层间通过van der Waals力结合，因此可以通过机械剥离的方法，获得其二维薄层。二维(C₄H₉NH₃)₂(CH₃NH₃)Pb₂I₇内束缚激子会自发复合从而表现出强的荧光，其圆极化率、峰位均受磁场调控。在外磁场中，荧光圆极化率与磁场呈线性关系，激子中电子和空穴之间的朗德因子差Δg约为0.43。束缚激子在磁场中受抗磁效应影响，致使其发光峰随磁场增加而红移。     

自支撑石墨烯炭膜的制备及气体分离性能

通过溶剂蒸发法得到聚酰胺酸（PAA）与氧化石墨烯（GO）的复合石墨烯膜,并经600℃炭化制备了具有良好柔韧性的仿贝壳珍珠层结构的自支撑石墨烯炭膜。通过X射线衍射和场发射扫描电镜对薄膜微观结构进行表征,并测试不同PAA固含量制备的石墨烯炭膜对CO₂和CH₄的分离性能。结果表明,炭化后,GO被还原成石墨烯,呈层状堆叠,堆叠的层间填充了空穴和残炭;石墨烯炭膜的CO₂渗透通量和CO₂/CH₄分离理想选择性随PAA加入量增加,CO₂通量最高可达824 barrer,此时CO₂/CH₄理想选择性达38.9。石墨烯层骨架和碳分子筛构成石墨烯炭膜的气体传输通道,本研究成果为柔性自支撑气体分离炭膜的制备开辟了新思路。     

3种PLA/OMLS纳米复合材料的结构、结晶行为与力学性能的对比研究

采用同向旋转啮合双螺杆制备了3种不同有机改性剂改性的纳米蒙脱土(OMLS)与聚乳酸(PLA)纳米复合材料。采用X射线衍射仪和透射电子显微镜、差示扫描量热仪等研究了复合材料的结构和结晶行为。结果表明,3种PLA/OMLS纳米复合材料(OMLS质量分数为2%)均具有剥离结构,且OMLS的有机改性剂分子链越长,插层的OMLS间距越大;3种OMLS都大大加速了PLA的结晶,减小了PLA晶体尺寸;3种OMLS中,CH₃(CH₂)₁₇N(CH₃)[(CH₂CH₂OH)₂]~+改性的OMLS对PLA的结晶行为影响最大,其纳米复合材料的冲击强度最高;而CH₃(CH₂)₁₇NH₃~+和HOOC(CH₂)₁₇NH₃~+改性的OMLS对PLA的增强效果明显。     

不同旋涂方式对铜锌锡硫硒薄膜及相应器件性能的影响

晶体质量是决定铜锌锡硫硒(Cu₂ZnSn(S,Se)₄, CZTSSe)吸收层薄膜吸收效率的关键,旋涂是溶液法制备CZTSSe吸收层的第一步,因此旋涂方式的选择至关重要。为了探究不同旋涂方式对CZTSSe吸收层薄膜质量和相应器件性能的影响,分别采用三组不同的旋涂方式制备铜锌锡硫(Cu₂ZnSnS₄, CZTS)前驱体薄膜及CZTSSe吸收层薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微拉曼光谱仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析了不同旋涂方式对所制备的CZTSSe吸收层薄膜晶体结构、元素成分、相纯度、表面形貌的影响。同时,采用电流密度-电压(J-V)测试和外量子效率(EQE)测试对CZTSSe吸收层薄膜太阳电池的光电特性进行了表征。结果表明:旋涂7周期,且第一周期烘烤之前旋涂2次的效果最好,所制备的CZTS前驱体薄膜均匀,无裂纹,CZTSSe吸收层薄膜结晶度更高,薄膜表面更平整致密,晶粒大小更均匀,实现了9.63%的光电转换效率。通过对采用不同旋涂方式制备的器件的性能参数进行统计分析,得出新的旋涂方式可以提高CZTSSe薄膜太阳电池的可重复性,为将来可能的大规模商业化应用做铺垫。     

CsPbX3钙钛矿材料与光伏器件稳定性强化研究进展

基于CsPbX₃(X为卤素阴离子)的全无机钙钛矿与含甲胺、甲脒等有机阳离子的有机-无机杂化钙钛矿相比,具有更优异的热稳定性,是近几年来钙钛矿光电领域最具吸引力的研究热点之一。目前全无机钙钛矿太阳电池的最高光电转换效率已经达到19.03%,具有很好的发展潜力。然而,这类钙钛矿材料的Goldschmidt容忍因子接近临界值,存在相不稳定的问题。近年来已经有相当多的研究聚焦于CsPbX₃钙钛矿材料与器件的稳定性强化工作。从增大容忍因子、提高相转变能垒、减小表面能、调控结晶过程等策略与方法入手,系统总结了近年来在制备稳定高效全无机CsPbX₃钙钛矿太阳能电池方面的进展,并对面临的挑战和未来的发展方向做出了展望。     

双添加剂协同调控钙钛矿晶体生长

通过同时添加氯化铷(RbCl)和亚甲二胺二盐酸盐(MDACl₂)至PbI₂前驱体溶液,调控钙钛矿晶体生长,制备了甲脒(FA)甲胺(MA)基钙钛矿薄膜和钙钛矿太阳能电池(PSCs),探究两种添加剂之间的协同作用机理。研究发现RbCl能够与PbI₂反应生成惰性的(PbI₂)2RbCl化合物,稳定了钙钛矿的晶相;MDACl₂能够增强结晶取向,稳定钙钛矿的晶相。此外,这两种添加剂的协同调控作用增大了晶粒尺寸,减少晶界,降低薄膜缺陷密度,延长载流子寿命至7倍以上。优化后的电池最高效率达23.76%,迟滞因子低至0.6%,孔径面积为12.6 cm²的钙钛矿太阳能组件(PSMs)效率为21.47%。     

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.     

自组装制备硫化铜空穴传输层用于钙钛矿太阳能电池

采用自组装方法制备了硫化铜作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。这种方法具有低成本且可大规模制备等优点。采用紫外-可见吸收光谱和紫外光电子能谱对硫化铜薄膜进行了光学性能和能带结构表征;采用原子力显微镜对硫化铜薄膜进行了表面形貌表征;采用Keithley 2410系统测试了器件的电流密度-电压特性。结果表明,硫化铜具有良好的光学透过性、适宜的能级和均匀致密的表面覆盖,采用硫化铜制备的器件具有14.97%的光电转换效率,同时具有可忽略不见的滞后现象。将器件置于空气中14 d后还能保持80%以上的原始效率,表明器件具有良好的稳定性。以上结果表明,采用自组装方法制备的硫化铜薄膜具有优良的性能,对未来钙钛矿太阳能电池的大规模制备及应用提供了一定的借鉴意义。     

Study of Pb-based and Pb-free perovskite solar cells using Cu-doped Ni1-xO thin films as hole transport material

SCAPS solar cell simulation program was applied to model an inverted structure of perovskite solar cells using Cu-doped Ni_1-xO thin films as hole transport layer. The Cu-doped Ni_1-xO film were made by co-sputtering deposition under different deposition conditions. By increasing the amount of the Cu-dopant, the film crystallinity enhanced whereas the bandgap energy decreased. The transmittance of the thin films decreased significantly by increasing the sputtering power of copper. High quality, uniform, compact, and pin-hole free films with low surface roughness were achieved. The structural, chemical, surface morphology, optical, electrical, and electronic properties of the Cu doped Ni_1-xO films were used as input parameters in the simulation of Pb-based (MAPbI_3-xCl_x) and Pb-free (MAGeI₃) perovskite solar cells. Simulation results showed that the performance of both Pb-based and Pb-free perovskite solar cell devices significantly enhanced with Cu-doped Ni_1-xO film. The highest power conversion efficiency (PCE) for the Pb-free perovskite solar cell is 8.9% which is lower than the highest PCE of 17.5% for the Pb-based perovskite solar cell.     

Enhanced charge extraction for all-inorganic perovskite solar cells by graphene oxide quantum dots modified TiO2 layer

All-inorganic cesium lead bromide (CsPbBr₃) perovskite solar cells have been attracting growing interest due to superior performance stability and low cost. However, low light absorbance and large charge recombination at TiO₂/CsPbBr₃ interface or within CsPbBr₃ film still prevent further performance improvement. Herein, we report devices with high power conversion efficiency (9.16%) by introducing graphene oxide quantum dots (GOQDs) between TiO₂ and perovskite layers. The recombination of interfacial radiation can be effectively restrained due to enhanced charge transfer capability. GOQDs with C-rich active sites can involve in crystallization and fill within the CsPbBr₃ perovskite film as functional semiconductor additives. This work provides a promising strategy to optimize the crystallization process and boost charge extraction at the surface/interface optoelectronic properties of perovskites for high efficient and low-cost solar cells.     

Ce的掺杂对负载型催化剂LaMnO3/赤铁矿脱硝性能的影响

采用柠檬酸络合浸渍法,通过对A位离子进行掺杂或取代和调节Ce的掺杂量,制备了一系列的负载型催化剂La_1-xA_xMnO₃/赤铁矿（A=Ce、Co,x=0/0.1/0.2/0.3）,并将催化剂应用于固定床NH₃-SCR脱硝。采用XRD、BET、XRF、H₂-TPR、NH₃-TPD等表征手段对催化剂进行分析和表征。结果表明,Ce的掺杂提高了催化剂LaMnO₃/赤铁矿的低温脱硝效率和拓宽了催化剂的活性温度窗口,如La_0.8Ce_0.2MnO₃/赤铁矿催化剂,在180℃时,脱硝效率就高达98%,且在150～250℃温度区间的脱硝效率均在90%以上。结合表征分析证明,稀土元素Ce的适量掺杂,明显提高了LaMnO₃/赤铁矿催化剂的氧化还原能力和催化剂表面NH₃分子的吸附能力;稀土元素Ce的适量掺杂也改善了催化剂比表面积,也使活性物质高度分散在载体表面上。     

Spray-coated SnO2 electron transport layer with high uniformity for planar perovskite solar cells

SnO₂ has been proven to be an effective electron transport layer(ETL)material for perovskite solar cells(PSCs)owing to its excellent electrical and optical properties.Here,we introduce a viable spray coating method for the preparation of SnO2 films.Then,we employ a SnO₂ film prepared using the spray coating method as an ETL for PSCs.The PSC based on the spray-coated SnO₂ ETL achieves a power conversion efficiency of 17.78%,which is comparable to that of PSCs based on conventional spin-coated SnO₂ films.The large-area SnO₂ films prepared by spray coating exhibit good repeatability for device performance.This study shows that SnO₂ films prepared by spray coating can be applied as ETLs for stable and high-efficiency PSCs.Because the proposed method involves low material consumption,it enables the low-cost and large-scale production of PSCs.     

Research progress on stability enhancement of CsPbX3 perovskite and photovoltaic devices

The CsPbX₃ (X is halide anions) based all-inorganic perovskites are regarded to be one of the most appealing research hotspots among perovskite photovoltaics in the past few years, mainly due to their superior thermal stability compared to the organic-inorganic hybrid counterparts. At present, the highest photoelectric conversion efficiency of all-inorganic perovskite solar cells has reached 19.03%, which has good development potential. However, the Goldschmidt tolerance factor of this type of perovskite is close to the critical boundary value, which leads to phase instability. Accordingly, numerous works have been published on the stability enhancement of CsPbX₃ perovskite in recent years. This review summarizes the progress and strategies in the preparation of stable and efficient all-inorganic perovskite solar cells (PSCs), including the enlargement of tolerance factor, enhancement of activation energy barrier for phase transition (black phase to yellow phase), and decreasing the surface energy as well as modulation of the crystallization procedure. Finally, challenges and perspective of the future development of all-inorganic CsPbX₃ based PSCs are presented.     

Sb2S3太阳能电池的研究进展

Sb₂S₃太阳能电池相比于其他太阳能电池如铜铟镓硒、碲化镉和有机-无机钙钛矿等,具有成本低、无毒性、稳定性高的优点,并且Sb₂S₃材料本身拥有优良的光学性能,如带隙宽度为1.5～2.2eV、光吸收系数高达105cm–1,因此在太阳能转化方面具有良好的应用前景。但目前Sb₂S₃太阳能电池的光电转化效率仍然不高,其最高光电转化效率仅有7.5%,远低于发展成熟的单晶硅太阳能电池、铜铟镓硒、碲化镉太阳能电池。本文简要介绍了Sb₂S₃太阳能电池的工作原理,从光阳极、吸光层Sb₂S₃、空穴传输层3个方面阐述了其发展现状及存在的问题。随后针对限制光电转化效率的因素,阐述了现有的优化电池性能的方法及其研究进展。最后对Sb₂S₃太阳能电池的未来发展方向进行了展望,基于对现有研究分析认为,在未来的研究中需要进一步探索新型的光阳极半导体的种类和结构,研究简单低耗、结晶性良好的Sb₂S₃薄膜的制备方法,研究具有高电子传导率、与Sb₂S₃和对电极接触良好的空穴传输层以及发展高效界面修饰以及金属离子掺杂的方法,以提高Sb₂S₃太阳能电池的性能。