钙钛矿太阳能电池中顶电极的研究进展

继硅基太阳能电池之后,又迅速崛起了一个有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs),目前它认证的最高光电转换效率(photoelectric conversion efficiency, PCE)已经达到25.5%,被认为是最具有应用前景的新型太阳能电池,其中,顶电极是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分。主要阐述了顶电极材料的研究进展,综述了金属电极和碳电极的界面调控和改性处理,提出了金属电极和碳电极材料的优势与挑战,并对顶电极在低制造成本和长期稳定性的应用方向进行了展望。     

高效热稳定碳基钙钛矿太阳能电池的制备技术探究

太阳能作为一种绿色环保的技术受到人们的广泛关注,但由于太阳能电池存在自身缺陷,难以实现更大规模的推广。因此,薄膜光伏半导体材料应运而生。其中,卤化物钙钛矿(HPV)材料的应用使太阳能电池的光电转换效率提升了20%以上,但仍与理论值存在一定的差距,所以该材料的效率还存在提升空间。基于此,该文主要研究了CsPbI2Br钙钛矿材料的集成器件的吸光性能、光电转换效率等,促进高效的热稳定碳基钙钛矿太阳能电池的制备技术的发展进步。     

全钙钛矿叠层太阳能电池的发展与展望（英文）

目前,进一步提高太阳能电池的光电转换效率,降低其度电成本,是实现“双碳”目标的必行之路.全钙钛矿叠层太阳能电池兼备光电转换效率高和成本低廉的优势,近几年取得了巨大的发展,在国际上备受关注,是一种新兴的光伏技术.在展现出巨大潜力的同时,全钙钛矿叠层太阳能电池也面临着多方面的挑战.本文综述了近年来全钙钛矿叠层太阳能电池在宽带隙子电池、窄带隙子电池和隧穿结方面的研究进展,展望了全钙钛矿叠层太阳能电池在效率提升、稳定性改善以及大面积制备等方面的未来发展方向.     

不同生物质来源的多孔碳复合碳电极在钙钛矿太阳能电池中的应用

通过将生物质在惰性气体保护下高温热解/活化制备多孔碳材料,具有成本低,工艺简单等优点,并且是一种废物利用,减少环境污染的有效途径。将三种不同生物质通过高温热解/活化制备了多孔碳材料,将其与市售导电碳浆复合制成碳浆料后应用于钙钛矿太阳能电池(PSCs)背电极,研究了不同生物质多孔碳材料的形貌、结构和比表面积等对器件光电性能的影响。结果表明,基于不同生物质多孔碳材料的PSCs的光电性能取决于生物质多孔碳材料的形貌、结晶度、比表面积和形态以及钙钛矿/碳电极的界面接触。基于生物质多孔碳的复合碳电极结合研磨工艺制备的碳基PSCs,由于具有良好的界面性能获得最高10.18%的光电转换效率(PCE)(未复合生物质碳的PSCs的PCE为6.39%),室温下保存60天后,仍保留了初始PCE的96%。     

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。     

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     

新型钙钛矿太阳能电池的研究进展

太阳能光伏发电是解决目前日益严重的能源与环境问题的一种有效手段,在最近几年里,新型钙钛矿太阳能电池得到迅猛发展,其最高光电转换效率已经达到20%,已成为可再生能源领域的研究热点之一。钙钛矿太阳能电池是以具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物等作为核心光吸收、光电转换、光生载流子输运材料的太阳能电池,具有能量转换高和成本低的优点且其核心光电转换材料具有廉价、容易制备的特点,因此获得了学术界的特别关注。首先总结了钙钛矿太阳能电池的结构与原理,然后综述了钙钛矿太阳电池在结构和材料方面的最新研究进展,特别是无铅钙钛矿太阳能电池的一些研究,最后分析了钙钛矿太阳能电池的发展趋势及发展中亟需解决的问题。     

一步溶液法制备有机金属卤化物钙钛矿薄膜的研究进展

有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池兼具很高的光电转换能力和低成本制备优势,俨然已成为最具发展潜力的一类光伏技术。目前,伴随着钙钛矿薄膜质量的不断提升,该技术的最高光电转换效率已经超过22%。一步溶液法制备技术操作简单、商业应用前景广阔,在简要介绍钙钛矿薄膜的制备工艺基础上,重点分析了一步溶液制备法中提高薄膜质量的4种方法,并综述了相关研究进展;最后针对现有钙钛矿太阳能电池存在的问题提出发展展望。     

钙钛矿太阳能电池的研究进展

钙钛矿太阳能电池自2009年被提出以来取得了迅速的发展,其性能已超过了多晶硅太阳能电池。目前,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达到20.8%。但是它面临着稳定性差的问题,这严重阻碍了其商业化进程。本文将总结近年来钙钛矿太阳能电池取得的部分研究进展和存在的问题,讨论提高钙钛矿太阳能电池光电转换效率和稳定性的途径,并对未来发展的方向进行了展望。     

反溶剂法制备高效平面异质结钙钛矿太阳能电池

在一步旋涂制备钙钛矿活性层的过程中,通过无/有溶剂氯苯的处理,探究反溶剂法制备的平面钙钛矿太阳能电池的光伏性能。利用SEM、XRD、J-V以及IPCE对对照组和反溶剂制备的钙钛矿薄膜和器件进行表征。结果表明反溶剂法获得的平面钙钛矿太阳能电池的光电转换效率高达16.05%,比对照组效率提高了31.44%。瞬态光电压的结果也揭示了其背后的载流子寿命较长,表明反溶剂法制备的器件内的载流子复合得到有效抑制。     

科学家制备出大面积高效率钙钛矿薄膜

正近日,上海交大材料科学与工程学院韩礼元团队用更加经济安全的方法,制备出比蝉翼还薄的大面积钙钛矿薄膜,向实现大规模低成本太阳能发电迈出了重要一步。该研究成果日前已在线发表于《自然》杂志。"钙钛矿材料2009年首次应用于光伏技术,短短几年时间,实验室钙钛矿太阳能电池的光电转化效率屡屡取得突破,它的光电能量转换效率已经快速增长到22.1%,超过了多晶硅太阳能电池的效率水平,而发电成本却低于硅电池。因此,钙钛矿太阳能电池被评价为光伏研究领域极具竞争力、最有希望实现低成本发电的光伏技术。"韩礼元说。     

铅卤钙钛矿太阳能电池界面工程的近期进展

铅卤钙钛矿太阳能电池因其优良的光电转换效率以及相对低廉的制备成本而受到广泛关注。然而铅卤钙钛矿太阳能电池的长期稳定性限制了其商业化的进程。界面非辐射复合导致铅卤钙钛矿太阳能电池产生能量损失、影响器件稳定性,是造成器件性能恶化的主要原因。界面工程作为一种有效的策略被用于抑制界面非辐射复合,在制备高效稳定的铅卤钙钛矿太阳能电池方面取得了切实的成效。本文阐述了铅卤钙钛矿太阳能电池的工作原理以及界面上的非辐射复合过程,分析了界面非辐射复合产生的原因,总结了近期n-i-p正式结构铅卤钙钛矿太阳能电池中界面工程的研究进展,讨论了其作用机制。基于目前铅卤钙钛矿太阳能电池中的界面工程发展现状,对其未来的发展方向进行了展望。     

半透明钙钛矿及叠层太阳电池中的透明电极研究综述

钙钛矿太阳电池由于具有独特的光电性能及制造工艺简单、低成本等特点而引起人们极大的关注。在钙钛矿太阳电池出现后的短短几年之内,其效率取得了突飞猛进的发展。在这个过程中,半透明钙钛矿太阳电池由于应用潜力巨大也受到越来越多的关注。特别是其与传统的硅电池或者铜铟镓硒电池组成的叠层太阳电池,由于其能够更加合理地利用太阳光谱而被认为是提升太阳电池光电转换效率的一条有效途径。到目前为止,半透明钙钛矿太阳电池的最高效率已达17.9%,叠层太阳电池的最高效率已达25.5%。顶部透明电极是半透明钙钛矿及叠层太阳电池的关键研究内容之一。对半透明钙钛矿及叠层太阳电池来说,理想的顶部透明电极应具有高透过率、低电阻、良好的化学稳定性以及能够在低温下制备等特点。截至目前,多种透明电极已经被应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池中,包括银纳米线、碳纳米管、超薄金属、石墨烯、导电聚合物以及透明导电氧化物等。银纳米线透明电极的光电性能良好,但稳定性较差,易与钙钛矿中的卤离子反应导致器件恶化,且在空气中易被氧化和腐蚀。超薄金属电极往往不能同时具有较高的导电性和光学透过率,需要引入合适的缓冲层来促使其均匀生长,但同样存在稳定性较差的问题。碳基透明电极的稳定性很强,但是其光电性能有待提高。透明导电氧化物具有良好的光电性能和稳定性,但往往采用溅射的方式制备,在溅射的过程中容易损伤钙钛矿活性层,需要引入合适的缓冲层。本文归纳了应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池中的透明电极的研究进展,分别对透明电极的种类、光电性能、制备工艺进行了系统的介绍,对比了各种透明电极光电性能及制备工艺的优缺点,分析了它们在研究中面临的问题并展望了其发展前景,以期为应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池的透明电极研究提供有益的参考。     

聚焦钙钛矿光伏器件中慢速动力学机制研究进展

利用光伏效应直接将太阳能转化为电能,是获取可持续清洁能源的重要途径之一。近年来,钙钛矿太阳能电池成为光伏领域的研究热点,随着结构调控和制备工艺的不断发展,目前其光电转换效率已经突破25%。虽然钙钛矿光伏器件具有制备条件温和、成本低、效率高等优点,但该类光伏器件呈现出秒量级甚至分钟量级的慢速动力学现象,这对钙钛矿光伏器件性能以及正确认识光电转换动力学造成较大的影响。迄今对慢速动力学的认识仍处于猜测阶段,尚缺乏系统认识。其中离子迁移和缺陷态属性被当作慢速动力学的主要研究目标。本文从钙钛矿光伏器件原初的电荷分离开始,分析了钙钛矿太阳能电池在多时间跨度内的载流子动力学行为;讨论了可能造成钙钛矿光伏器件慢速动力学的原因,认为可以从关键的钙钛矿活性层切入;揭示了钙钛矿活性层结构对慢速动力学的影响机理;为全新认识钙钛矿太阳能电池光电转换过程提供新思路,从而进一步指导器件设计和制备。     

NiOx介孔层的成膜过程对碳电极钙钛矿太阳能电池性能的影响(英文)

碳基钙钛矿太阳能电池(C-PSCs)具有稳定性好且成本低的优势,展现出广阔的应用前景。本研究基于MAPbI₃材料,选择高质量的NiO_x介孔层作为空穴传输层(HTL),对比了NiO_x介孔层不同制备方法对电池性能的影响,并对NiO_x介孔层的厚度进行优化。研究发现,与旋涂工艺制备的NiO_x介孔层相比,丝网印刷工艺制备的介孔层的孔径分布均匀,可改善钙钛矿(PVK)前体溶液填充在介孔支架中的填充状态。最终得到含HTL的高效率和低滞后的钙钛矿太阳能电池,其开路电压(VOC)为910m V,光电转换效率(PCE)为14.63%,认证效率达14.88%。此外,在空气中储存近900 h,其PCE没有明显衰减。     

TiO2纳米碗阵列作为电子传输层构筑高效率彩色钙钛矿太阳能电池（英文）

钙钛矿太阳能电池的飞速发展及其在构筑一体化和可穿戴器件中的应用前景激发了人们对于彩色钙钛矿太阳能电池的浓厚兴趣,但如何将可见光宽波段吸收且具有高吸光系数的钙钛矿材料构筑成高性能的彩色太阳能电池仍是一个挑战.本文利用TiO2纳米碗阵列作为结构化的电子传输层,并在纳米碗内均匀填充一层CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜,成功制备了具有鲜艳结构色的钙钛矿@TiO2纳米碗阵列薄膜,其结构色具有显著的角度依赖特征.通过路易斯酸碱加合物法制备得到基于醋酸铅的新型晶态中间体薄膜,使得高质量的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜能够在纳米碗内均匀填充.利用该钙钛矿@TiO2纳米碗薄膜可以制备出具有鲜艳结构色的平面异质结钙钛矿太阳能电池,其最高光电转化效率可以达到16.94%,平均效率达到15.47%,均高于现已报道的彩色钙钛矿太阳能电池的转化效率.     

纳米金属氧化物在钙钛矿电池中的应用研究进展

近几年来, 钙钛矿电池发展迅速, 其单电池效率从最初的3.8%迅速提升至目前20.1%, 接近硅基太阳能电池的光电转换效率。TiO₂、ZnO、Al₂O₃等诸多无机纳米金属氧化物材料作为重要的载流子输运材料与钙钛矿生长骨架也被广泛地应用于钙钛矿电池。依据钙钛矿电池功能结构的差异, 本文分别介绍了此类材料作为钙钛矿电池中的致密层及介孔层的制备方法, 并在此基础上介绍了基于表面修饰、掺杂、复合等氧化物的改性手段调节材料理化性能与氧化物/钙钛矿界面特性, 进而改进钙钛矿电池性能的方法。并阐述了进一步提高钙钛矿电池光电转换效率需要关注的重点问题及展望。     

钙钛矿太阳能电池:从高效率到稳定性

钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PSCs)由于制备工艺简单、价格便宜、转换效率高、可制备柔性器件等优点引起广泛关注。近年来,钙钛矿太阳能电池的转换效率不断被刷新,迅速实现了对多晶硅太阳能电池的超越,使其具有巨大的商业潜力。然而,稳定性成为阻碍钙钛矿太阳能电池商业化的一大问题。介绍了钙钛矿太阳能电池的结构,综述了钙钛矿太阳能电池所取得的研究进展,总结了获得高效率钙钛矿太阳能电池的方法,重点分析了提高钙钛矿太阳能电池稳定性的策略,并指出钙钛矿太阳能电池的发展方向。     

转移法制备顶电极在钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池因为其高效率、易制备和低成本等优点，近年来发展迅速。在钙钛矿器件的多层薄膜结构制备和调控中，研究者们关注最多的是钙钛矿吸光层和电荷传输层。而顶电极部分的问题，由于蒸镀Au电极作为实验室阶段标准研究方法的成功使用，而容易被人们忽略。然而，蒸镀贵金属电极的生产设备和原材料成本问题，在钙钛矿太阳能电池未来的大面积器件制备、大范围应用中将是难以避免的。为此，研究者开发了导电膜转移法、导电浆料涂布法等非蒸镀工艺，尝试解决这些问题。本综述针对这一现状，从工艺方法的角度出发，介绍包括金属、聚合物、碳等多种材料体系的顶电极的转移法应用进展，总结具有普遍性的原理、规律，讨论目前技术的缺陷、瓶颈问题和潜在的解决方案。     

ZnO/TiO2纳米管晶膜电极的制备及光电性能

采用水热法制备了ZnO纳米棒,以ZnO纳米棒为原料制备出ZnO/TiO2纳米管晶膜电极并应用于染料敏化太阳能电池.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDX)和N2吸脱附分析等研究了样品的结构、表面形貌和化学组成,并通过紫外可见光度计和电化学工作站探讨了煅烧温度在80~600℃范围内ZnO/TiO2纳米管电极的光电化学性能.此外,研究经TiCl4化学处理的ZnO/TiO2纳米管电极光电性能的改善情况.结果表明,600℃煅烧的ZnO/TiO2纳米管电极制备的染料敏化太阳能电池表现出较优的光电性能,其短路电流密度(Jsc)为2.28 mA/cm2,开路电压(Voc)为0.631 V,光电转换效率η为0.66%.600℃煅烧的ZnO/TiO2纳米管经TiCl4处理后的染料敏化太阳能电池的光电性能得到显著改善,其光电转换效率η提高到1.06%.