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...     

浅析有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池稳定性的研究

有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池近几年来发展迅速,其器件认证光电转效率已达22.1%。同时,这类电池具有成本低廉、能量回收期短等优势,有望实现商业化应用。然而,钙钛矿吸光层本身在湿度较大、温度较高及光照等条件下不稳定,并且与其他功能层组装成器件时易引发电极腐蚀、深缺陷态等问题,使得器件不稳定性加剧。越来越多的文献报道了提升器件稳定性的方法,主要集中在:(1)从成分优化方面提升钙钛矿吸光层的稳定性;(2)从器件结构优化方面提升器件的稳定性。在成分优化方面,科研者们主要从钙钛矿ABX_3结构成分、结构维度和保护层的使用等角度提升钙钛矿材料的稳定性。(1)在满足容差因子t或八面体因子μ的条件下,将甲脒离子、铯离子等疏水或耐热基团引入ABX_3结构的A位中,而X位掺入溴离子或硫氰根离子能提升钙钛矿材料的抗湿性,或者整合单一位置优势得到混合位Cs_x(MA_(0.17)FA_(0.83))_(100-x)Pb(I_(0.83)Br_(0.17))_3不仅能提升材料的热稳定性,而且可使器件的转换效率提高至21.1%。(2)较低结构维度(主要为二维)钙钛矿材料的研究也获得了一定的进展,例如制得的BA_(0.05)(FA_(0.83)Cs_(0.17))_(0.95)Pb(I_(0.8)Br_(0.2))_3材料的湿度和光照稳定性优异。(3)疏水性能好、电荷传输能力优异的保护层如丁基膦酸4-氯化铵或苄胺等同样可增强钙钛矿吸光层的稳定性。在器件结构优化方面,研究者们分别从电子传输材料(如二氧化锡、镧掺杂锡酸钡等)、空穴传输材料(如CuGaO_2、酞菁铜等)和上电极(碳、铜等)等角度提升器件的稳定性。其中,(1)紫外光催化活性差、电子迁移率优异、能带结构适宜的镧掺杂锡酸钡组成的器件展现了优异的光照稳定性。(2)由化学和热稳定性优异的酞菁铜组成的器件也获得了良好的热稳定性和17.5%的转换效率。(3)优化上电极方面,将碳电极应用到大面积器件上时,器件呈现了良好的湿度和光照稳定性;而铜电极替换金或银电极时,器件的光电转换效率同样超过20%,并且其热和光照稳定性良好。本文主要从钙钛矿吸光层材料成分和器件结构两大角度梳理了关于提升器件稳定性的研究现状,分别对钙钛矿吸光层ABX_3的组分、钙钛矿材料的结构维度、其他功能层等优化方面提升器件稳定性的工作进行了综述。最后,结合现有的研究成果展望了有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的发展趋势。     

CsPbI2Br无机钙钛矿太阳能电池稳定性的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿材料中易挥发的有机成分(MA⁺,FA⁺)用高耐热性无机金属铯离子(Cs⁺)取代,用其制备的太阳能电池具有优异的热稳定性。自2016年以来,以CsPbI₂Br材料作为光活性层的无机钙钛矿太阳能电池(IPSCs)的光电转换效率(PCE)从9.84%提高到18.06%,但是IPSCs的稳定性问题仍然制约其商业化。本文总结和分析了影响CsPbI₂Br IPSCs稳定性的因素,从制备工艺、离子掺杂、界面优化等方面评述了近年来IPSCs稳定性的研究进展,并展望了CsPbI₂Br IPSCs的研究趋势和发展方向。     

具有2D-EDAPbI4薄覆盖层的环境稳定的FAPbI3基钙钛矿太阳能电池（英文）

二维(2D)卤化铅钙钛矿材料是钙钛矿太阳能电池(PSC)中最有前途的吸光材料之一,具有优异的稳定性和缺陷钝化作用.然而,这些稳定的二维PSC的转换效率仍远远落后于三维钙钛矿电池.在本文中我们通过原位生长的方法将2D EDAPbI4层成功制备在3D FAPbI3层表面。这种合理设计的2D-3D钙钛矿薄膜分层结构可以明显提高电池的效率.另外,由于EDAPbI4层的高抗湿性和抑制迁移, 2D-3D电池器件显示出明显增强的长期稳定性,在200 h内一直保持初始转换效率,甚至在500 h后仍能保持其初始转化效率的90%.     

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。     

溶液法合成的功能无机材料氧化镍对钙钛矿太阳能电池光电性能的影响

功能无机材料氧化镍 （NiO_x） 作为钙钛矿太阳能电池中最有前途的空穴传输材料之一,其有着高空穴迁移率、良好的稳定性、易于加工以及适合的费米能级等优点。但是,由于 NiO_x自身固有电导率低,Ni空位的电离能相当大,未掺杂的 NiO_x中空穴密度受到很大限制,加上孔洞的积累增加了载流子复合的可能,从而降低了有效的电荷收集。因此,优化 NiO_x薄膜的成膜质量是解决上述问题的关键。本文通过溶液法使用乙二醇甲醚（MEA）、乙醇（EA）和去离子水作为溶液,分别制备了 DME-NiO_x、EA-NiO_x 和 NCs-NiO_x 薄膜,并在浓度调节范围内对基于 NiO_x的钙钛矿器件进行优化,最终得到了光电转化效率 （PCE） 为 18.50%,开路电压 (V_oc) 为 1.034 V,短路电流 (J_sc) 为 22.94 mA/cm²,填充因子 （FF） 为 78% ...     

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。     

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