柔性钙钛矿太阳能电池的制备及性能研究

采用钛箔作为衬底,原位生长二氧化钛薄膜,然后制备有机钙钛矿吸收层及固态空穴传输层,组装成太阳能电池。通过电压-电流曲线测试,结果表明,这种钙钛矿太阳能电池的光生电压达到0.8 V、光生电流达到16 mA/cm²、光电转化效率为10.2%。进一步对电池进行弯折试验,弯折20次后,光电转化效率能达到初始值的85%,表现出良好的柔性特征。     

钙钛矿太阳能电池中TiO_2纳米棒电子传输层的制备及光电性能研究

近年来,有机—无机杂化钙钛矿由于合适禁带宽度、高吸光系数及长载流子扩散长度成为当前太阳能电池的研究热点。其中,电子传输层对电子传输及电子—空穴对的分离效果起着至关重要的作用。普遍认为,介孔结构的TiO_2纳米棒电子传输层可以有效地增加电子传输层及其与钙钛矿光吸收层的接触面积,加快电子传输速率,降低电子—空穴对的复合几率,从而可以显著提升光电转换效率。采用水热法在FTO玻璃上原位合成金红石相TiO_2纳米棒,系统地研究不同水热反应时间对TiO_2纳米棒的长度及致密度的影响规律,并探索其对太阳能电池光电性能的影响规律。采用TiO_2纳米棒作为电子传输层组装介孔钙钛矿太阳能电池,其最佳光电转换效率达到10.36%。     

钙钛矿电池氧化镍空穴传输层制备及优化综述

近年，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率不断的刷新纪录，目前认证效率已经达到25.7%。因其优良特性众多，越来越受到人们的青睐，源源不断的人力、物力投入到相关研究当中，钙钛矿太阳能电池的巨大魅力也逐渐展现在人们面前。本文详细介绍了钙钛矿太阳能电池的发展，重点阐述了空穴传输层在大面积柔性器件制备过程中起的关键作用，总结了氧化镍空穴传输层的制备方法，最后分析了目前大面积柔性钙钛矿太阳能电池产业化面临的挑战，并提出了解决技术瓶颈的合理化建议，希望对研究者有所裨益。     

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。     

碳基钙钛矿太阳能电池光吸收层的研究现状

钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有优异的光电性能和光电转化效率,碳基钙钛矿太阳能电池采用稳定的碳材料作为传输空穴的对电极,不仅工艺简单、价格低廉,而且大大提高了PSCs的稳定性。但是,C-PSCs的光电性能受到钙钛矿光吸收层/碳对电极界面接触程度的限制,同时,传统的有机-无机杂化CH3NH3PbI3(MAPbI3)光吸收层自身稳定性差,对C-PSCs性能产生不利的影响。两步法制备的钙钛矿光吸收层平整度高、致密性好;无机钙钛矿光吸收层稳定性能优异,是未来PSCs发展的方向,本文综述了C-PSCs光吸收层的研究现状,为科研工作者提供一定的参考。     

氧化镍在钙钛矿太阳能电池中的应用

近年来,有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)的发展迅速,已证明的光电转换效率(PCE)从3.8%快速增长至25.5%。钙钛矿太阳能电池的性能在很大程度上取决于其组成成分以及电子和空穴传输层(ETLs和HTLs)的选择。无机空穴传输材料因较好的稳定性、较高的空穴迁移率以及较宽的光学带隙,受到广泛关注。NiO_x膜因高透明度、工艺通用性、高性价比以及易于在串联器件中集成等优点,被广泛应用于倒置PSCs中。本文简单介绍了NiO_x薄膜的物理方法和化学方法两种表面改性策略,对基于NiO_x的钙钛矿太阳能电池进行了总结与展望。     

钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池因具有优异的光电性能及易加工性等优点,使之成为近年来研究的热点,用其作为光吸收层组装的太阳能电池效率已经达到21.1%。文章将从钙钛矿主要功能层,即吸收层、电子传输层、空穴传输层等制备及其对电池转换效率的影响等方面阐述钙钛矿太阳电池的研究进展,分析了目前研究的热点领域和成果,讨论了钙钛矿电池目前仍然存在的关键技术障碍,最后展望了钙钛矿太阳电池未来重点研究方向和发展趋势。     

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。     

单源热蒸镀法和一步旋涂法制备钙钛矿太阳能电池

通过单源热蒸镀法和一步旋涂法制备了MAPbI3钙钛矿薄膜,并基于两种薄膜分别制备了太阳能电池,经检测发现后者的光电转换效率高于前者,其转换效率为14.42％.通过对构成电池器件的两种薄膜进行对比分析,发现MAPbI3薄膜的结晶度对光电转换效率影响显著,结晶度越高,其光电转换效率越高.这为今后高效的钙钛矿太阳能电池的研究提供了指导.     

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。     

NH_4I界面修饰SnO_2的平面钙钛矿太阳能电池的性能研究

近年来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)受到研究者的广大关注,其光电转换效率(PCE)在短短十年间已经从原先的3.8%提升至25.5%。高效率的PSCs往往需要昂贵的空穴传输层以及金电极,并且其存在着较多的界面缺陷问题,所以无空穴传输层的碳对电极的PSCs受到了广泛的关注。其中电子传输层的自身的界面缺陷影响了器件的稳定性以及光电性能。本工作将采用碘化铵界面修饰的方法减少氧化锡电子传输层的界面氧空位缺陷。结果表明碘化铵的界面修饰对钙钛矿薄膜形貌生长有益。碘化铵界面修饰时,平面碳对电极钙钛矿太阳能电池的效率从12.450%提升到了13.772%。     

富勒烯材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池自2009年出现以来，经过短短十余年的发展，光电转化效率已提升到24%以上，引起了广泛的关注。富勒烯材料具有较高电子迁移率、可调控的能级以及可低温成膜等特性，在钙钛矿太阳能电池中可以用于电子传输层、钙钛矿层添加剂、界面修饰层，甚至还能够在空穴传输层中发挥作用。这些应用不仅提高了电池的光电转化效率和稳定性，还能有效降低电池的磁滞效应。本综述就富勒烯材料在钙钛矿太阳能电池各组成部分的应用进行了详细的介绍，并总结了通过修饰富勒烯分子结构提高电池性能的基本规律，这些结果对推动富勒烯材料在钙钛矿太阳能电池领域的应用有重要意义。     

基于无铅钙钛矿太阳能电池及电池稳定性的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池作为新型薄膜太阳能电池异军突起。自2009年日本学者首次将卤素铅钙钛矿材料应用于染料敏化电池获得3.8%的光电转化效率,至2020年香港城市大学将其记录刷新至25.5%,这种发展速度是其他太阳能电池不可比拟的。目前高效率电池中都含铅、以及钙钛矿材料在湿热条件和空气中的不稳定性,这些限制了钙钛矿太阳能电池的实际应用。文章简明扼要地介绍了钙钛矿材料的结构和性质、钙钛矿太阳能电池结构与原理,以及光吸收层钙钛矿薄膜的几种典型制备方法 ;着重对无铅钙钛矿电池材料制备和卤素铅甲基氨的铅位替代来得到的无铅钙钛矿太阳能电池,另外对钙钛矿材料表面进行修饰处理来提高钙钛矿太阳能电池在空气和湿热条件下的稳定性研究进展进行综述。     

碘化铅钙钛矿太阳能电池综合实验教学研究

以碘化铅钙钛矿太阳能电池制作和光电性能评价为教学内容,进行太阳能电池综合实验课程建设。实验利用多种成膜方法制备氧化锌薄膜、钙钛矿薄膜、空穴传输层薄膜和金电极,最终组装成太阳能电池器件并研究碘化铅浓度对器件光电性能的影响。该综合实验项目将材料制备、材料物理性能、器件评价等理论知识串成知识链并以实验的形式体现。通过该综合实验的训练,构建学生的知识网络,并进一步提高学生的实践能力和思考解决问题的能力。     

钙钛矿太阳能电池中D-A-D型空穴传输材料的研究进展

钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于具有快速提升的光电转换效率、制备成本低、可溶液加工等优点而获得了广泛关注.空穴传输材料(HTM)负责空穴抽取和防止电荷复合,可提高PSCs的效率和稳定性,是PSCs中的重要组成部分.线型给体-受体-给体(D-A-D)结构的有机小分子空穴传输材料的结构简单,合成难度低.另外,吸电子单元的引入可以降低最高占据分子轨道(HOMO)能级,提高材料的稳定性,而且线型D-A-D构型有利于增强分子内电荷转移,提高材料的空穴传输能力.综述了2009年以来线型D-A-D类空穴传输材料在PSCs中的应用.详细介绍了各空穴传输材料分子结构对PSCs的光电转换效率和器件稳定性等性能的影响.最后,对未来线型D-A-D型空穴传输材料的发展进行了展望.     

无机空穴传输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光电转换效率高、结构简单、成本低廉、有大规模商业化应用潜力等优势,是近年来光伏领域的研究热点.空穴传输材料具有传输空穴和阻挡电子的双重作用,是影响钙钛矿太阳能电池光电性能的重要因素.本文介绍了空穴传输材料的作用方式和主要类别,总结了无机空穴传输材料的种类、特点及在钙钛矿太阳能电池中的应用,并分析了其...     

染料敏化太阳电池介孔薄膜电极的研究进展

介绍了染料敏化太阳电池多孔二氧化钛薄膜电极的结构、工作原理及其制备方法,并进一步阐述了减小电荷复合速率、改进薄膜电极性能、提高器件的光电转化效率的方法,主要涉及多孔二氧化钛薄膜电极的复合、掺杂和表面包覆等表面改性处理技术。指出了基于有序二氧化钛薄膜电极、柔性二氧化钛薄膜电极的染料敏化太阳电池和叠层薄膜结构的太阳电池高效的转化效率和应用方便的特点,并在此基础上展望了未来的研究方向。     

黑卟啉无掺杂空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池上的应用

制备高空穴迁移率的空穴传输材料对钙钛矿太阳能电池的商业化应用具有重要意义.合成了一种热稳定性好、对可见光谱全吸收的黑卟啉分子5,10,15,20-四[3,5-二(叔丁基)苯基]-β,β'-四萘醌[6,7-g]锌卟啉(T1),通过UV-Vis、循环伏安、SEM、TGA考察了T1的光物理性质、电化学、热稳定性能及成膜性.结果表明,T1的最高占据分子轨道能级为–5.13 eV,与2,2',7,7'-四(N,N'-二对甲氧基苯胺)-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)(–5.11 eV)相近,能很好地与钙钛矿材料甲胺铅碘相匹配.在不使用传统掺杂剂的条件下,以T1为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子及光电转换效率分别为23.86 mA/cm2、0.91 V、61.9％和13.43％,其光电转换效率优于相同条件下制备的基于spiro-OMeTAD的钙钛矿太阳能电池(11.63％).     

SnO_2/RGO复合光阳极的制备及其对染料敏化太阳能电池性能的影响

采用原位化学法合成不同质量比的SnO_2/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料,通过溶胶-凝胶法制得SnO_2/RGO纳米复合薄膜光阳极。经N3染料浸渍,与Pt对电极,I~-/I_3~-电解质组装成染料敏化太阳能电池(DSSC)。对SnO_2/RGO纳米复合薄膜光阳极结构进行分析,通过伏安特性曲线分析了电池的光电性能。结果表明:石墨烯有利于提高SnO_2基DSSC的光电性能。当GO与SnCl_2·2H_2O的质量比为0.20时,电池的性能最优,短路电流密度(J(sc))和开路电压(U_(oc))分别达到15.56 mA/cm~2和0.56 V,光电转换效率为4.58%。并研究了SnO_2/RGO复合材料对光阳极的电子传输和光电转换效率的影响机制。     

基于金纳米星修饰的氧化锡电子传输层制备高性能甲脒铅碘钙钛矿太阳能电池

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池是光伏领域新的研究热点。通过对钙钛矿薄膜品质及器件结构的持续优化,此类太阳能电池的光电转换效率不断提升。有研究表明,钙钛矿太阳能器件性能的进一步提高依赖于针对电子传输层的材料及结构优化。在此项研究中,我们将通过在二氧化锡电子传输层薄膜中引入金纳米星(Au NSs),旨在改善对应太阳能电池器件的综合性能。最终展现出20%以上的光电转换效率。