钙钛矿太阳能电池电子传输层的研究进展

虽然目前钙钛矿太阳能电池在效率和器件稳定性方面取得了一定突破,但是由于受到电子传输层的影响,其效率仍低于理论值且器件稳定性仍有提高的空间。系统介绍了典型的钙钛矿太阳能电池结构以及无机/有机电子传输材料各自的优缺点,并结合器件效率和稳定性梳理了单层、双层以及三层电子传输层钙钛矿太阳能电池的研究进展,最后对于合理设计电子传输层材料以兼顾钙钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性提出了展望,以期为进一步提升钙钛矿太阳能电池性能提供借鉴。     

金属离子掺杂提升全无机CsPbX_3钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展

钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、成本低等优势,有望成为新一代光伏技术。然而,钙钛矿材料本身较低的稳定性限制了其商业化应用。因此,提高钙钛矿材料的稳定性对进一步推进钙钛矿太阳能电池的实用化至关重要。综述了金属离子掺杂在全无机钙钛矿太阳能电池的结构、组成及稳定性等方面的进展,重点介绍了以A位和B位金属离子2类典型的离子掺杂稳定全无机钙钛矿太阳能电池的研究工作。最后,提出了金属离子掺杂作为全无机钙钛矿太阳能电池稳定性强化策略所面临的机遇和挑战。     

钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料的研究进展

人口的快速增长导致化石燃料即将消耗殆尽,人们急需寻找新型清洁的可持续能源.太阳能正是这样一种理想的能源,其利用方式之一就是太阳能电池.钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池,其快速提升的光电转换效率引起了人们的广泛关注.其中,空穴传输材料的使用不仅增加了电池的稳定性还提高了光电转换效率,为钙钛矿太阳能电池的发展带来了新的契机.因此,研究空穴传输材料的特点和作用机理并设计合成新型高效的空穴传输材料,对进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率是十分重要的.本文从钙钛矿太阳能电池的发展历程出发,简要介绍了钙钛矿太阳能电池的基本结构和工作原理,然后重点阐明各种空穴传输材料的性能.Spiro-OMeTAD是钙钛矿太阳能电池中最受欢迎而且最经典的空穴传输材料,被广泛地应用于各种钙钛矿太阳能电池中,得到了非常高的光电转换效率.但是,这种材料合成复杂、提纯困难、价格昂贵,这就极大地限制了大规模商业化应用的可能.因此,人们开始致力于寻找Spiro-OMeTAD的替代品.近年来,开发的空穴传输材料包括无机p型半导体、聚合物和有机小分子空穴传输材料,其中有机小分子空穴传输材料具有合成简单、价格低廉、原材料丰富等特点而展示出了强劲的发展态势.本文重点介绍了四类有机小分子空穴传输材料,包括Spiro型空穴传输材料、含三苯胺型空穴传输材料、含噻吩型空穴传输材料和其他小分子空穴传输材料.虽然上述空穴传输材料各具特色,有些空穴传输材料在某些方面还显示出了非常优越的性能,但是还没有一种空穴传输材料能在各个方面与Spiro-OMeTAD媲美.所以,空穴传输材料的研发工作还任重而道远.本文对2012至2017年间关于空穴传输材料的文献进行了系统的介绍,总结并评述了各类空穴传输材料的性能,归纳了各种空穴传输材料的优缺点,并对未来高效稳定的空穴传输材料的发展方向进行了展望.     

钙钛矿太阳能电池缺陷钝化的研究进展

金属卤化物钙钛矿材料的太阳能电池由于其成本低廉,光电性能优异,在过去的11年中取得了巨大的进展.然而,在钙钛矿太阳能电池中存在着大量的有害缺陷,如钙钛矿结构内部存在间隙、空位和杂质缺陷,以及钙钛矿成膜时由于其在晶界和晶面上存在悬空键导致的大量的晶界、界面缺陷.这些有害缺陷严重影响载流子输运,阻碍了钙钛矿太阳能电池能量转...     

基于碱金属氯化物的钙钛矿太阳能电池界面钝化

针对钙钛矿太阳能电池的电子传输层/钙钛矿层界面处存在的大量缺陷,提出了一种无机盐界面钝化的优化策略.该策略选用低成本的氯化锂(LiCl:Lithium Chloride)作为电子传输层/钙钛矿层的界面钝化材料,制备了器件结构为ITO/TiO2/LiCl/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Ag的钙钛矿太阳能电池.在引入浓度经过优化的LiCl后,钙钛矿太阳能电池的短路电流密度和填充因子达到21.05 mA/cm2和72.55％,能量转换效率为16.95％,与没有引入LiCl的器件相比提高了23.00％.对器件和薄膜进行表征后发现,LiCl可以钝化界面处的缺陷和陷阱,并提高了TiO2的电导率,从而减少了界面复合损失,促进了电荷传输.     

铅基钙钛矿太阳能电池界面工程的研究

在wxAMPS太阳能电池数值模拟软件微平台上,对ITO/ZnO/界面层(IFL)/MAPbI₃/Sprio-OMeTAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池(PSCs)的电子传输层(ETL)/吸收层的界面工程进行研究。结果表明:在界面层缺陷密度低于1014 cm-3时,PSCs的电池性能几乎不变,当缺陷密度高于1014 cm-3时,PSCs的电池性能急剧下滑。当界面层与吸收层亲和势差(Δχ)在-0.7~-0.1 eV范围时,各项电池性能参数均随Δχ的增大而增大;当Δχ在-0.1~0.5 eV范围时,各项电池性能呈平缓增长;当Δχ大于0.5 eV时,电池的短路电流(J_SC)呈平缓增长趋势,而开路电压(V_OC)、填充因子(FF)及光电装换效率(PCE)快速降低。当带隙E_g在0.9~1.4 eV范围内增大时,PSCs的V_OC、FF和PCE均上升;当带隙E_g大于1.4 eV,PSCs的各项性能参数基本不变。     

钙钛矿太阳能电池中吸光材料的发展现状

钙钛矿材料作为光吸收层的太阳能电池是一种广受关注的新型太阳能电池,其光电转换效率从2009年的3.8%快速增加到2014年的19.3%。综述了钙钛矿材料的光电性质、制备方法和研究进展,分析了其研究趋势及需要解决的问题,并对钙钛矿太阳能电池的未来发展进行了展望。     

MOFs在钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells, PSCs)因其迅速发展的能量转换效率而备受关注.提高PSCs性能特别是稳定性仍是人们研究的热点.金属有机框架(Metal-organic frameworks, MOFs)因其高比表面积的孔隙结构、功能结构可设计性强等优点,被应用在钙钛矿太阳能电池中,表现出优异的性能.总结了MOFs在调控钙钛矿的结晶、钝化缺陷、提高载流子的迁移率和其他功能方面的研究,并提出了目前PSCs研究中MOFs存在的卡脖子问题及可优化的方向,对进一步提高MOFs在增强PSCs器件的效率和稳定性方面的价值具有重要意义.     

2018年钙钛矿太阳能电池研发热点回眸

 2018年是钙钛矿太阳能电池发展的第10年,国际上该领域取得了一系列重要进展。从器件效率的持续刷新,钙钛矿材料和器件稳定性问题的解决,器件到模块化制备以及柔性和半透明电池的应用等方面简要介绍了代表性研究进展。     

基于复合电子传输层聚合物太阳能电池性能研究

为解决电子和空穴传输不平衡以及载流子复合对有机太阳能电池转换效率的限制问题, 提出采用聚芴材 料 PFO(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl))对有机太阳能电池电子传输层 TiO 2 进行界面修饰以提高电荷传输, 进而提高太阳能电池能量转换效率。 通过表面形貌分析和功函数测量表明, PFO 界面层的引入不仅填补了 TiO 2 界面缺陷, 同时 PFO 可作为有效的电荷传输中心, 通过提高器件电子转移能力, 进而提高有机太阳能电 池器件短路电流和填充因子, 使有机电池能量转换效率从 5. 17%提升到 6. 96%。     

碳化细菌纤维素在钙钛矿太阳能电池对电极中的研究

在高效的钙钛矿太阳能电池(PSCs)中,通常采用贵金属对电极(Au、Ag)和昂贵的空穴传输材料(HTM),导致了高成本和不稳定等问题.该研究使用稳定的无HTM的CsPbBr3纯无机钙钛矿的PSCs,将结构优异的天然纳米生物材料细菌纤维素(BC)经过高温碳化得到具有纳米精细结构、大表面积和孔容的多介孔碳化细菌纤维素(CBC)材料,对该材料进行SEM、XRD、FT-IR、比表面积、电导率测试以证实该材料在PSCs上的应用潜质.根据PSCs对电极的应用需要,将CBC及其与商业导电碳浆(CS)混合物作为PSCs对电极材料,通过J-V、IPCE等测试,发现纯CBC材料的电池效率高于纯CS,在作为PSCs对电极方面具有很大的潜力.该研究不仅扩大了生物质碳材料的应用领域,而且有望将CBC作为低成本稳定高效PSCs对电极材料.     

浴铜灵在提高反式钙钛矿太阳能电池性能的研究

近年来,基于CH_3NH_3PbX_3(X=Cl,Br,I)结构的钙钛矿太阳能电池由于其简单的制作工艺和较高的光电转化效率而吸引了大量的研究。在反式钙钛矿电池活性层中使用浴铜灵(BCP)来提高电池光电性能。使用溶液法旋涂BCP有效地把Ag电极的功函从原来的-4.23 e V降低到了-4.12 e V,改善了电子的传输和Ag电极收集电子的效率。从而提高了反式钙钛矿电池的短路电流密度和填充因子。光电转化效率由10.3%提高到12.6%。使用BCP的钙钛矿电池的稳定性也有约10%的提高。结果证明,使用BCP有利于提升反式钙钛矿电池的性能,对实现这类太阳能电池的商业化应用起到推动作用。     

三苯胺类太阳能电池染料敏化剂的研究进展

染料敏化太阳能电池(简称DSSC)以成本低、易于制造、可大面积生产和环保的特点受到广泛关注。染料敏化剂是DSSC的核心组成部分,起着收集太阳光并将激发态电子注入到半导体导带的作用,对光电转换效率至关重要。有机染料易于合成,通过分子设计可以调控光物理和电化学特性。三苯胺是强的供电子基团,其非平面空间结构使得染料分子聚集程度减弱,这些性能均有利于提高染料的吸收性能和电子传输效率。以三苯胺或取代三苯胺作为给电子体的有机染料敏化剂,提高了太阳能电池的光电转化效率,是近年来的研究热点。     

Controlled crystal orientation of two-dimensional Ruddlesden-Popper halide perovskite films for solar cells

Metal halide perovskite solar cells have attracted considerable attention because of their high-power conversion efficiency and costeffective solution-processable fabrication;however,they exhibit poor structural stability.Two-dimensional(2D)Ruddlesden-Popper(RP)perovskites could address the aforementioned issue and present excellent stability because of their hydrophobic organic spacer cations.However,the crystallographic orientation of 2D crystals should be perpendicular to the bottom substrates for charges to transport fast and be collected in solar cells.Moreover,controlling the crystallographic orientation of the 2D RP perovskites prepared by the solution process is difficult.Herein,we reviewed the progress of recent research regarding 2D RP perovskite films with the focus on the crystallographic orientation mechanism and orientation controlling methods.Furthermore,the current issues and prospects of 2D RP perovskites in the photovoltaic field were discussed to elucidate their development and application in the future.     

地磁活动指数与太阳活动的小波分析

根据1957—2012年的地磁指数Ap、Dst、AE和太阳活动参数(太阳黑子相对数R与太阳射电流量F10.7)数据,利用小波分析方法研究了地磁活动与太阳活动的关系.结果表明,Ap、Dst、AE指数和太阳活动参数均存在准11 a和准22 a的周期特征.Ap和AE峰值滞后于太阳参数峰值1~2 a;而Dst指数与太阳参数存在近似负相关的关系,但从第21太阳周起逐渐延迟于太阳参数,表明地磁活动受太阳活动影响的滞后性.此外,地磁指数峰值从第20太阳周开始有逐渐下降的趋势,反映了地磁活动对太阳活动的响应减弱.     

仿生光催化材料的研究进展

光催化技术在解决能源短缺和环境污染等方面具有巨大潜力.如何提高光催化材料的太阳光利用效率和催化活性是制约光催化技术能否大规模应用的关键问题.自然界的植物和藻类等生物历经千百万年自然选择的残酷竞争,已进化出了能有效捕捉、吸收和利用太阳光的特殊结构和环境净化功能.利用这些自然界中具有特殊光学性质或能有效吸收和利用太阳光的结构或物质制备光催化剂,有望突破传统合成光催化剂的技术局限,开辟高效光催化剂合成的新途径.文章从形貌复制与调控、元素自掺杂、光敏材料、硫化物半导体、生物碳复合材料等方面详细介绍了仿生材料在光催化中的应用,希望对设计、制备高效光催化材料提供一定的理论参考和借鉴意义.     

Sb2S3:P3HT共混物改善TiO2纳米棒阵列钙钛矿太阳电池的性能

为解决钙钛矿太阳电池中MAPbI₃的不稳定性问题,提高电池性能,对以TiO₂纳米棒阵列作为电子传输层、Sb₂S₃:P3HT共混物作为钙钛矿MAPbI₃修饰层的太阳电池进行了研究。首先,以SbCl₃作为锑源,Na₂S₂O₃作为硫源,采用溶剂热法制备合适尺寸的Sb₂S₃纳米球;其次,通过超声分散法将Sb₂S₃与P3HT在氯苯溶液中共混得到Sb₂S₃:P3HT共混物,将其旋涂于沉积了MAPbI₃薄膜的TiO₂纳米棒阵列上,形成FTO/TiO₂NR/MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT复合膜,制备成TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT太阳电池;最后,采用SEM,XRD,J-V曲线和紫外可见吸收光谱等方法进行表征和测试。结果表明,制备的结构为FTO/TiO₂NR/MAPbI₃/Sb₂S₃:P3HT/Spiro-OMeTAD/Ag的太阳电池,能量转换效率（PCE）最高达到了14.73％,与未采用Sb₂S₃:[JP]P3HT共混物修饰的TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃太阳电池相比,能量转换效率得到了明显提升。因此,Sb₂S₃:P3HT共混物能避免出现钙钛矿MAPbI₃被氧化的不稳定性问题,可有效提高TiO₂纳米棒阵列MAPbI₃太阳电池的性能。     

微生物-无机杂化材料的研究进展

在利用微生物合成微生物-无机杂化材料的合成过程中,由于生物元素N、P等的自然掺杂,使该类材料具备了普通杂化材料所不具有的优越性能,因而研究与应用发展迅速.目前微生物-无机杂化材料已被广泛应用于抗菌剂、生物催化、光催化、污染物去除和抗肿瘤等众多领域.尽管微生物-无机杂化材料种类繁多,但根据微生物的参与方式,可将这些杂化材料分为全细胞-无机杂化材料和非细胞-无机杂化材料两类.文章依据这两类杂化材料的典型特征对其最新研究进展进行了综述,着重介绍了不同类型微生物-无机杂化材料的合成方法和应用,并对该领域研究前景进行了展望.     

电子束辐照纳米TiO2多孔薄膜及在太阳电池中的应用

用电子束辐照了纳米TiO2多孔薄膜,并将其应用于染料敏化太阳电池,结果表明,电子束辐照可以提高太阳电池的短路电流,而开路电压基本不变.运用XRD分析了电子束辐照前后纳米TiO2多孔薄膜的晶型和晶粒度,发现电子束辐照不会造成纳米TiO2由锐钛矿相向金红石相转变,其晶粒度随电子束辐照注量的增加,存在着先增大、再减小,然后再增大的趋势.运用XPS分析了电子束辐照前后纳米TiO2多孔薄膜中Ti、O的化学状态,说明电子束辐照主要是使纳米TiO2多孔薄膜中氧充足状态的O1s逐渐减少,而不是通过Ti3+来改善太阳电池的性能.