CuSCN复合空穴传输层优化高性能二维钙钛矿太阳能电池

研究了P型材料掺杂材料硫氰化铜(CuSCN)对二维(2D)钙钛矿太阳能电池的聚丙烯酰胺(PTAA)空穴传输层性能的影响,发现添加CuSCN可以提高PTAA的空穴传输能力,从而改善器件的电流密度和填充因子。进一步地,探讨了不同掺杂浓度的CuSCN对器件载流子转移过程的影响,与未掺杂CuSCN的基准二维钙钛矿太阳能电池相比,基于2%CuSCN掺杂的空穴传输层的器件具有最佳的性能(最高光电转换效率从10.5%大幅提高到12.9%)。改善的主要原因是短路电流密度(由16.7到18.3 mA/cm^(2))和填充因子(由59.1%提升至66.3%)的显著提高,这说明掺杂CuSCN有利于提高PTAA的空穴传输能力和二维钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

基于芳香族配体的二维钙钛矿太阳能电池研究进展

近年来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率得到了快速的发展,目前已经获得25.7%的认证效率,可与硅基太阳能电池相媲美。然而,PSCs的稳定性却远不如硅基太阳能电池,这限制了PSCs的使用。与此同时,二维(2D)或准二维钙钛矿材料受到了越来越多的关注,主要是因为大体积有机配体的引入明显地改善了材料的结构和环境稳定性。在2D PSCs领域,有机配体离子的设计和选择会直接影响材料的光电性能和器件的效率。目前,2D PSCs中所使用的有机配体主要分为脂肪族配体和芳香族配体。芳香族配体由于具有较大的介电常数、改善的电荷传输和可调控的组装结构等优点得到越来越多的关注。本文系统地总结了芳香族配体材料对2D钙钛矿性能的影响及其在2D PSCs领域的应用。

准二维钙钛矿太阳能电池的研究进展

新型有机-无机杂化二维(2D)钙钛矿具有优良的光电性能、结晶性和稳定性,在太阳能电池领域引起广泛关注.相比于三维(3D)钙钛矿,由于有机间隔阳离子(OSC)的引入形成独特的层状晶体结构赋予了材料特殊性质:(1)多层量子阱结构促成材料各项异性的光电性质;(2)间隔阳离子改变前驱体团簇状态,实现溶液中高质量的结晶;(3)间隔层的疏水性质和抑制离子迁移作用,从本源上改善了钙钛矿的稳定性.近年来,针对准2D钙钛矿太阳能电池(准2D-PSCs)展开了广泛研究,并取得了一系列重要研究成果.本文从准2D钙钛矿材料的晶体结构与取向、相分布、光电性质到器件的能量转化效率与稳定性等方面,综合评述了近年来准2D-PSCs的最新研究进展,总结了晶体结构-材料性质-电池性能之间的作用机制,并进一步展望了未来研究的趋势.

二维钙钛矿太阳能电池光电流成像研究

深入了解钙钛矿太阳能电池中微纳空间形貌特征、光电特性与光伏参数之间的关系,对于指导高效钙钛矿太阳能电池器件的构建至关重要。本文通过将时间分辨共聚焦荧光显微镜与光电流检测模块相结合,实现了二维(2D)层状钙钛矿太阳能电池在实际工作条件下微纳空间的光电流、荧光强度和荧光寿命成像检测。发现在钙钛矿多晶膜中同一个晶粒的不同区域,光电流与荧光强度和荧光寿命成像之间存在明显的负相关性,在微纳空间尺度上建立了光伏参数与材料光电性质和形貌之间的相互关联,为钙钛矿太阳能电池的性能优化提供了理论指导。

准二维钙钛矿太阳能电池的研究进展

目前,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已超过25%,飞速提升的效率使得人们越来越期待商业化的应用,但钙钛矿材料的稳定性问题却是其商业化所面临的最大挑战,准二维钙钛矿有望解决这一问题。利用大的有机间隔阳离子的疏水性和热稳定性,以及更高的晶体形成能和更加稳固的结构,准二维钙钛矿能够有效提高钙钛矿的稳定性。此外,准二维钙钛矿对钙钛矿薄膜的形态也具有明显的改善作用,可代替反溶剂工程,简化工艺,满足钙钛矿的工业化生产要求。然而,由于绝缘的有机间隔阳离子导致的相对大的带隙和低的载流子迁移率,阻碍了载流子传输,准二维钙钛矿太阳能电池的效率仍然与三维钙钛矿相差较大。因此,对于准二维钙钛矿,必须对其特性和器件应用等进行深入研究,以进一步优化器件性能。本文总结了准二维钙钛矿太阳能电池的研究进展,归纳了准二维钙钛矿的分子结构、准二维结构提升三维钙钛矿稳定性的方法和原理、准二维钙钛矿的相分布及其载流子传输特性,分析了准二维钙钛矿太阳能电池目前面临的问题并对其前景进行了展望,期望为制备高效稳定的准二维钙钛矿太阳能电池提供参考。

我国二维钙钛矿太阳能电池研究取得进展

中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室与陕西师范大学的研究人员合作,在二维（2D）钙钛矿太阳能电池研究领域取得了新进展,有助于推动钙钛矿太阳能电池的商业化应用.

溶液法制备二维钙钛矿层提高甲脒碘化铅钙钛矿太阳能电池稳定性

有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)因优异的光电转换性能被广泛研究,但CH(NH_(2))_(2)PbI_(3)(FAPbI_(3))固有的化学不稳定性阻碍了其长期以来的发展.特别是薄膜表界面处因更低的活化能而具有突出的湿度敏感性,表界面的缺陷与薄膜稳定性具有强相关性,缺陷的处理结果是提高长期稳定性的关键因素之一.除了界面工程,还有在表面叠加二维钙钛矿层的策略用于界面钝化.然而二维钙钛矿层的制备方法多数具有局限性.本文采用全溶液法的制备工艺,通过在FAPbI_(3)钙钛矿表面均匀涂覆丁基碘化铵(BAI)溶液与热退火的后处理方式,驱动了表面二维(2D)钙钛矿的形成,以减少薄膜表界面缺陷,成功制备了混合维钙钛矿太阳能电池.与此同时,2D钙钛矿中长链分子的疏水性本质上提高了钙钛矿层对水分的容忍度.结果表明,含2D钙钛矿层的未封装器件在相对湿度(RH)为60%的室温环境空气中连续工作近1000 h后仍保持初始效率的80%以上.这种方法构建的2D钙钛矿层在不影响载流子传输性能的同时显著提高了薄膜与器件的长期稳定性,符合高质量钙钛矿太阳能电池的要求与发展趋势,是一种极具发展潜力的策略.

二维钙钛矿材料在钙钛矿太阳能电池中的应用进展

钙钛矿太阳能电池出色的光电转换效率和众多的优点使其成为目前的研究热点,而二维钙钛矿作为一类新型材料,具有独特的结构和性质,有望进一步改善钙钛矿太阳能电池的性能。综述了钙钛矿太阳能电池及二维钙钛矿材料的结构特征和性能特点,归纳了二维钙钛矿材料对太阳能电池光电性能和器件稳定性的影响,总结了新型二维/三维复合钙钛矿太阳能电池的特点,分析了二维钙钛矿太阳能电池研究领域存在的问题并展望了未来的研究趋势。二维钙钛矿材料对实现高效、稳定的钙钛矿光伏器件具有重要意义。

低维钙钛矿太阳能电池的制备与光电性能研究——推荐一个综合化学实验

低维钙钛矿太阳能电池(Low-Dimensional Perovskite Solar Cells,LD PSCs)是一种稳定性好、疏水性强的新型钙钛矿光伏器件,在新能源领域受到了广泛的关注。本实验以领域内的前沿进展为出发点,提供丁胺(Butylammonium,BA)离子、半胱氨酸(2-氨基-3-巯基丙酸,Cysteine,Cys)离子作为有机间隔阳离子,合成了低维钙钛矿晶体并制备出以(BA)2(MA)n-1PbnI3n+1或(Cys)2(MA)n-1PbnI3n+1为活性层的钙钛矿太阳能电池,并通过X射线衍射检测、紫外-可见吸收检测等手段对产品进行表征,之后测定了钙钛矿器件的能量转换效率。本实验难度适中,涉及光伏器件的制备与表征,旨在激励本科生对前沿光电研究产生兴趣、培养其科研能力。

二甲双胍盐酸盐辅助结晶制备高效钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池

在钙钛矿太阳能电池的构造中,钙钛矿活性层扮演着核心角色,其薄膜质量直接影响设备的整体效能。提出了一种新颖策略,利用二甲双胍盐酸盐(MET)来辅助晶体生长。具体来说,在有机阳离子溶剂中添加微量的二甲双胍盐酸盐,以此提升钙钛矿的结晶度,进而促成优质钙钛矿薄膜的形成。最后,获得太阳能电池,其最佳光电转换效率为29.39%。

铯掺杂提升反梯度结构二维(CMA)_(2)MA_(8)Pb_(9)I_(28)钙钛矿薄膜及太阳电池的性能

相对于3D钙钛矿材料,二维(2D)有机-无机杂化钙钛矿材料具有更好的稳定性.然而由于载流子输运性差,2D钙钛矿太阳电池效率较低.为了提高2D钙钛矿太阳电池的效率,制备了铯掺杂的具有反梯度结构的二维(CMA)_(2)MA_(8)Pb_(9)I_(28)薄膜.研究结果发现:CsI掺杂能够改善(CMA)_(2)MA_(8)Pb_(9)I_(28)薄膜的形貌、增加晶粒尺寸、降低缺陷态密度,并且提高了(CMA)2MA8Pb9I28钙钛矿薄膜的热稳定性.最后,CsI掺杂浓度为10%时制备(CMA)_(2)MA_(8)Pb_(9)I_(28)钙钛矿太阳电池效率最高,达到了14.67%,相对于未掺杂的电池效率(10.06%)提高了45.8%.

二维Ruddlesden-Popper相钙钛矿太阳能电池研究进展

目前,影响钙钛矿太阳能电池发展的主要因素是弱稳定性和低光电转换效率。Ruddlesden-Popper(RP)相二维(2D)钙钛矿材料具有结晶度高、吸收光谱宽和稳定性良好等特性,已经成为光伏领域研究的热点。RP相2D钙钛矿中有机分子层间通过范德瓦尔斯力可以形成稳定的2D结构,进而克服稳定性问题。截至目前,研究者已经获得了超过18%的光电转换效率。文中对RP相钙钛矿的结构特点进行阐述,对RP相钙钛矿薄膜的典型制备方法进行归纳,总结了不同A′位有机阳离子在提高RP相钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性方面的应用现状,最后对RP相钙钛矿在PSCs中未来可探究方面进行展望。本研究能够为深入理解和提升PSCs性能提供理论支持和实验依据。

二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用

开发新型无机空穴传输层材料是钙钛矿电池实现商业应用的重要挑战之一。本文开展了二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用研究。采用液相超声剥离法成功制备了WS 2纳米片,并将其引入钙钛矿太阳能电池中用作空穴传输层。结果表明,当WS 2纳米片溶液浓度为1 mg/mL时,制备的WS 2纳米片空穴传输层具有较合适的厚度,并且后续在其上生长的钙钛矿活性层成膜质量高、结晶性能好,电池取得6.3%的光电转换效率。结果证实WS 2纳米片可作为新型无机空穴传输层材料用于钙钛矿太阳能电池。

扭曲二维结构钝化的钙钛矿太阳能电池

有机-无机钙钛矿材料是一种新兴的可溶液加工的薄膜太阳能电池材料.通过向钙钛矿中引入低维结构能够显著提高其材料稳定性和器件稳定性.首先,探究了一种双阳离子2,2’-联咪唑(BIM)形成的铅基二维钙钛矿;然后,通过单晶衍射手段发现了一种新型的扭曲二维结构;最后,通过一步旋涂方法将这种扭曲二维结构引入到钙钛矿薄膜中,所得到的太阳能电池器件效率达14%,并且具有较好的稳定性.本文提供了一种新的钙钛矿薄膜的钝化体系,并且直接运用于太阳能电池器件的制备,为提高钙钛矿太阳能电池的稳定性提供了新的发展思路.

在空穴传输层聚(3-己基噻吩)中添加1,8-二碘辛烷改善碳基钙钛矿太阳能电池的性能

无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能(PSCs)电池拥有成本低、制备步骤简单、稳定性高的优点,应用前景广阔.但是碳电极与活性层的直接接触,导致器件的光电转换效率普遍低于其他金属电极的钙钛矿太阳能电池.本文使用聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为器件的空穴传输层,相比传统的有机空穴传输层材料Spiro-OMeTAD,具有低成本和易于制造的优点,并通过在P3HT中掺杂1,8-二碘辛烷(DIO)的方法优化其光电性能,提升了载流子的迁移率,阻挡电子的运输,降低界面复合,改善了碳电极与器件的界面接触,提高了短路电流J_(sc)和填充因子FF,使器件的初始光电转换效率从14.06%提升至15.11%.器件在氮气环境下测试稳定性,连续光照1000 h后器件的转换效率仍保持在98%以上.

二维复合光栅减反膜的制备及其在太阳能电池中的应用

提出了利用二维复合光栅减小晶硅太阳能电池界面反射进而提高其光电转换效率的方法。该复合光栅是使用柔性聚二甲基硅氧烷材料对一维光栅进行纵向表面处理形成褶皱制备而成。扫描电子显微镜像显示二维复合光栅由纳米褶皱纵向均匀有序地分布在一维光栅表面。理论与试验证明与一维光栅相比,这种特殊形貌的二维复合光栅具有更加优越的抗反射性能,可更加有效地提高电池的转换效率。另外,二维复合光栅结构应用环氧树脂封装的太阳能电池表面可以减小灰尘颗粒粘附,提高材料表面的疏水性及表面的自清洁能力。

单元素二维材料及其衍生物作为电荷传输层在太阳能电池中应用的研究进展

随着环境污染的日益严重和能源危机的不断加剧,新能源的开发和利用逐渐成为研究的重点.在各种已开发的绿色能源技术中,光伏发电是一种非常有前景的技术.尽管传统硅基太阳能电池已取得长足进步,但其性价比与传统能源相比仍有差距.因此,开发低成本高效太阳能电池迫在眉睫,但新型太阳能电池的应用仍受到稳定性差与效率较低的双重考验.在前期研究基础上,人们将化学和物理性能优异的单元素二维材料及其衍生物作为电荷传输层引入太阳能电池中,在改善电池稳定性及提升效率方面取得了积极的效果.本文综合评述了纳米级单元素二维材料及其衍生物作为太阳能电池电荷传输层的相关研究进展.这些单元素材料的引入使得所研究的太阳能电池效率得到了显著的提高,同时也证明该类型电荷传输层的构建为满足现代社会能源需求提供了新技术平台.文章最后讨论了单元素二维材料在太阳能电池中应用面临的关键挑战和发展前景.

二硫化钼在太阳能电池中的应用

二硫化钼(MoS_(2))作为半导体材料具有优异的光伏特性,尤其是单层二维MoS_(2)具有1.9eV的直接带隙结构,在太阳能电池、场效应晶体管和生物传感器等器件中具有广阔的应用前景。本文介绍了二维层状MoS2材料的制备方法和特性,综述了MoS_(2)材料在各种新型太阳能电池中的理论和实验研究进展。研究结果显示,MoS_(2)材料的加入能够有效的提高太阳能电池的光电转换效率,对该材料的深入研究有助于进一步扩展其在太阳能电池中的应用范围。

钙钛矿太阳能电池的制备工艺与光伏性能研究

设计和制备结构为FTO玻璃/TiO_2致密层/TiO_2介孔层/CH-3NH_3PbI_3吸收层/C电极的钙钛矿太阳能电池。采用两步法制备CH_3NH_3PbI_3吸收层:首先通过旋涂技术制备PbI_2薄膜,然后将PbI_2薄膜在浓度为0.044 mol/L的甲基碘化胺/异丙醇(MAI/IPA)溶液中分别浸泡反应0.5 h、2.5 h、3.5 h和4.0 h后获得CH3NH3PbI_3吸收层。研究了浸泡反应时间对CH_3NH_3PbI_3吸收层的结构和形貌以及对电池光伏性能的影响。结果表明:PbI_2薄膜在MAI/IPA溶液中反应后形成四方结构的CH_3NH_3PbI_3晶粒,当浸泡反应3.5 h时,CH_3NH_3PbI_3晶粒的平均尺寸最大,均匀性较好;XRD图谱中只有CH_3NH_3PbI_3的特征峰,而PbI_2的特征峰完全消失。同时,该条件下制备的钙钛矿太阳能电池的光伏性能最佳,其开路电压0.881 V、短路电流密度达到22.17 mA/cm^2,光电转化效率6.79%,且在整个可见光区的光子-电子的转换效率接近50%。

无机钙钛矿纳米线太阳能电池的界面优化研究

在钙钛矿太阳能电池的研究中,界面优化是提升钙钛矿太阳能电池光伏性能的有效方法之一。采用含苯乙基碘化铵(PEAI)溶液对CsPbBr3纳米线/C电极的界面进行钝化处理,使得PEAI与两步法制备的CsPbBr3纳米线表面的PbI2反应生成了二维片状钙钛矿PEA2PbI4中间层,从而改善了CsPbBr3纳米线吸光层与C电极之间界面接触问题,最佳的PEAI浓度为10 mg/mL,此时组装电池的光电转换效率相较未处理器件提升了112%。PEAI处理后组装的器件在温度(30±2)℃以及湿度(50±10)%RH环境下保存3000 h后性能仍然无明显衰减,表现出了很好的稳定性。