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。     

有机太阳能电池材料和器件研究获新进展

正有机太阳能电池可以通过溶液方法制成大面积薄膜器件,具有成本低、重量轻、可折叠、半透明等优点,随着电池转换效率的不断提高,有机太阳能电池已经显现出广阔的应用前景。在国家基金委杰出青年基金项目和面上项目、中科院"百人计划"项目等支持下,福建物构所结构化学国家重点实验室郑庆东研究小组在有机太阳能电池材料与器件研究上取得了新进展。该小组以含茚并芴聚合物和富勒烯的混合膜为活性层,通过调控半导体金属氧化物电极界面层,实现了开路电压高达1.00~1.06 V并维持大于5%转换效率的高     

钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展及模组产业化趋势

有机无机杂化钙钛矿材料具有优异的光电特性，在光伏、显示和传感领域均获得了广泛关注。近年来，钙钛矿太阳能电池技术发展迅速，在效率提升和面积放大方面不断取得突破，但钙钛矿材料和器件的稳定性问题一直没能得到根本性的解决，严重制约了钙钛矿光伏器件的实用性能及商业化推广进程。钙钛矿太阳能电池的不稳定性来源于器件中钙钛矿层、电荷传输材料和电极材料的失效，失效原因主要包括光照、水分、温度和氧气等环境因素，因此深入理解各因素对钙钛矿太阳能电池稳定性的作用机理至关重要。此外，与晶硅和其他薄膜电池相比，钙钛矿太阳能电池在材料性能、器件结构等方面都有较大差别。目前晶硅电池和其他薄膜电池的稳定性评价方法和测试手段对钙钛矿太阳能电池不能完全适用，为了使不同机构间钙钛矿太阳能电池稳定性的测试结果可以对比，需要统一稳定性测试标准。本文总结了钙钛矿材料及光伏器件稳定性的影响因素，剖析了光照、水分、温度和氧气等环境因素对钙钛矿器件稳定性的作用机理，并对提升钙钛矿太阳能电池稳定性的方法进行了综述。最后分析了钙钛矿太阳能电池稳定性的评价方法和测试手段，并对钙钛矿太阳能电池的未来发展方向进行了预测，以期为钙钛矿太阳能电池商业...     

离子液体在有机光电转换器件中的应用研究进展

近年来,离子液体因具有不易挥发、性质稳定、透光性好、导电率高、可设计性,以及易于在界面处形成双电层等物理化学性质,而展现出广阔的应用潜力和前景,逐渐成为国际科学研究的前沿和热点之一。其中,将离子液体应用于染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,DSSCs)、钙钛矿太阳能电池和有机光电探测器等有机光电转换器件的研究备受关注。 在有机光电转换器件中,离子液体在染料敏化太阳能电池方面的应用最为广泛且完善。高效DSSCs主要是基于有机溶剂的液态电解质结,但有机溶剂在带来较高光电转换效率的同时,其本身存在的易挥发汽化、光热稳定性差等缺点,导致DSSCs的器件寿命与长期稳定性受到影响,离子液体的引入能有效解决以上问题。此外,离子液体还以电子传输层以及界面修饰层的形式引入,具有高电荷迁移率、低功函数以及高稳定性等优点,能在一定程度上改善器件的短路电流、填充因子和光电转换效率等。因此,离子液体成为在DSSCs的实际应用中兼具性价比高、封装难度低、性能好、稳定性高四大优点的辅助材料。在钙钛矿太阳能电池方面,离子液体的低功函数和高电子迁移率以及一些特殊性质如钝化反应、黏度效应等,都能够实现对电子萃取率、电荷转移电阻、钙钛矿结晶情况等方面的控制以满足实际设计要求,进而有助于钙钛矿太阳能电池的光电转换效率、填充因子等性能指标不同程度的提升。在有机光电探测器方面,引入的离子液体能促使在与之接触的界面处形成双电层,双电层的形成及离子液体的高导电率使得入射光不必照射有机光电探测器上下电极的重叠区域仍旧可以产生较大的光电流输出,从而可以有效摆脱有机光电探测器对电极材料透光性要求的局限性。同时双电层的形成还将促进有机光电探测器工作层中的电荷分离,进一步提高有机光电探测器的响应率。 本文主要从染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机光电探测器三个方面,综述了离子液体在有机光电转换器件中的国内外应用研究进展,就离子液体对提升有机光电转换效率及其实现器件新功能的工作机理进行了详细分析,并对其未来的应用研究方向进行了展望,为今后进一步设计出更适合有机光电转换领域应用的离子液体提供参考。     

柔性染料敏化太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池关键电极材料研究进展

柔性太阳能电池具有轻便、可弯曲的优点,可用于可穿戴设备等器件的即时充电,具有广阔的应用前景,受到持续广泛的关注。柔性太阳能电池制备中的关键在于基材以及与之相关的电极材料的制备。本文综述了柔性染料敏化太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池近几年的发展情况,着重介绍了柔性染料敏化太阳能电池光阳极、对电极以及柔性钙钛矿太阳能电池的底电极和电子传输层。结果发现高温烧结目前仍是制备高效染料敏化太阳能电池光阳极不可避免的方法,而对电极则不受这一限制并且已经有多种材料的效率超过了高温烧结的铂。柔性钙钛矿太阳能电池的研究重点是用其他材料代替底电极中柔性较差的ITO以及高温烧结的电子传输材料TiO₂,并且都取得显著成效。在此基础上,展望了柔性染料敏化太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池未来的发展方向。     

上转换发光纳米材料对钙钛矿太阳能电池迟滞效应和离子迁移动力学的影响

迟滞效应是影响钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的重要问题,离子迁移和由此产生的界面离子积累是引起迟滞效应最重要的原因之一。本研究采用上转换发光纳米材料(Upconversion Luminescent Nanoparticles,UCNP)修饰电子传输层/钙钛矿活性层的界面及本征钙钛矿活性层,系统探究了UCNP对钙钛矿的形貌、结构、光谱/光电性能和离子迁移动力学的影响。结果表明:钙钛矿活性层经过UCNP修饰后器件的光电转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)最佳(16.27%),而且迟滞因子(Hysteresis Factor,HF)得到显著改善(0.05)。进一步采用回路切换瞬态光电技术系统探究了钙钛矿太阳能电池不受光生载流子干扰的离子迁移动力学过程,证明UCNP在光电转换过程中起到抑制离子累积和迁移的双重作用:一方面UCNP可以形成阻隔层,阻碍离子累积;另一方面,UCNP可以在退火过程中进入到钙钛矿体相晶界处,阻碍离子迁移,使恢复电压从0.43 V降低到0.28 V。极化诱导缺陷态模型解释了离子-载流子相互作用机制,阐释了UCNP抑制钙钛矿光伏器件迟滞...     

埋底界面修饰对钙钛矿太阳能电池的影响

经过十多年的发展,钙钛矿太阳能电池（PSCs）迅速实现了能量转换效率（PCE）从3.8%提高到25.7%的突破,在新一代光伏产业中具有显著的竞争力。钙钛矿太阳能电池的蓬勃发展不仅源于钙钛矿材料具有高光吸收系数、优异的载流子迁移率和可调节的直接带隙,还源于其简便且成本低廉的制造工艺。但是钙钛矿电池内部的缺陷问题,特别是钙钛矿层与底层界面处的缺陷是限制钙钛矿电池效率与稳定性进一步提升的一个瓶颈。通过有效的界面修饰,一方面可以提高钙钛矿的效率,另一方面可以提高器件的稳定性。本文从界面工程对钙钛矿性能的影响出发,着重介绍了埋底界面的修饰工作对钙钛矿电池效率与稳定性的影响,包含电子传输层（ETL）/钙钛矿界面与空穴传输层（HTL）/钙钛矿界面这两部分,通过对这两类埋底界面的有效改性修饰,器件的效率与稳定性显著提高。通过对比分析了各种材料与实验方法对钙钛矿器件整体性能和稳定性的影响,探索了一条有效改善器件性能的路径。最后,本文还对钙钛矿太阳能电池的前景进行了展望。     

基于PCBM电子传输层的有机太阳能电池理论研究

利用AMPS-1D软件研究以富勒烯衍生物(PCBM)作为电子缓冲层的有机太阳能电池微观机理。研究结果表明,添加PCBM材料作为器件的电子缓冲层,能减小空穴-电子的复合率和提高空穴-电子的寿命,进而提高有机太阳能电池开路电压、短路电流密度、填充因数以及光电转化效率。PCBM材料的厚度对开路电压影响较小,但器件的短路电流密度随着PCBM厚度的不断增加有明显的提高。     

复合钙钛矿太阳能电池电荷传输层材料研究进展

有机无机复合钙钛矿太阳能电池因具有适合的载流子扩散长度而成为备受关注的有望获得高效率的光伏器件。复合钙钛矿材料本身不含贵金属元素,可以采用液相法或物理气相法低温制备,成本低廉,但目前应用最多的电子传输层材料TiO2需400~500℃煅烧,与柔性基底及低温制备技术适应性差;空穴传输层材料SpiroOMeTAD合成工艺复杂,价格高昂,限制了复合钙钛矿太阳能电池的开发应用。开发和研究导电性好、成本低、稳定性好的电子和空穴传输层材料是复合钙钛矿太阳能电池研究中的一个非常重要的方面。综述了复合钙钛矿太阳能电池中电荷传输层材料的研究进展及发展方向。电子传输层材料方面通过对TiO2的改性以及与石墨烯的复合,采用ZnO、石墨烯或PCBM作为电子传输层材料,以与柔性基底及低温制备技术相适应。空穴传输层材料方面,采用其它低成本、导电性高的有机p型半导体替代spiro-OMeTAD;采用无机空穴传输层材料以避免有机空穴传输层材料的老化问题,提高电池的长期稳定性;利用复合钙钛矿材料兼作吸收层与空穴传输层,制备无空穴传输层材料结构电池以降低成本,提高稳定性。     

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。