退火温度对碳基全无机钙钛矿太阳能电池性能的影响

碳基全无机钙钛矿太阳能电池(carbon-basedall-inorganicperovskitesolar cells,C-PSCs)由于成本低、热稳定性好等优点逐渐引起人们的广泛关注,然而其效率要远低于传统的钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)。通过调控CsPbI_(2)Br薄膜的退火温度,改善薄膜质量。利用SEM、XRD表征分析了钙钛矿薄膜微观形貌以及物相结构,发现升高退火温度可有效提高CsPbI_(2)Br薄膜的结晶性从而减少其表面的孔洞。升高钙钛矿薄膜的退火温度,器件的光伏性能有显著提高,短路电流密度(J_(sc))从8.84 mA·cm^(-2)提高至12.14 mA·cm^(-2),开路电压(V_(oc))从0.93 V提高至1.06 V,最终能量转换效率(PCE)从2.75%提高至7.63%。研究结果表明,优化钙钛矿太阳能电池的制备工艺可以有效提高其光伏性能。

缺陷对全无机钙钛矿太阳能电池性能的影响

利用一维太阳能电池仿真软件SCAPS对全无机钙钛矿太阳能电池中缺陷对器件性能的影响进行了研究。研究表明,在ITO/SnO_(2)/CsPbI_(3)/CuI/Au电池中,CuI/CsPbI_(3)界面和CsPbI_(3)光活性层缺陷密度对器件的性能具有较大影响。随着缺陷密度增大,器件的开路电压、短路电流、填充因子和光电转化效率均减小,尤其是当缺陷密度大于10^(15)cm^(-3)后,器件性能显著下降。相反地,CsPbI_(3)/SnO_(2)界面缺陷对器件性能无显著影响。通过优化器件的缺陷密度、光活性层的厚度和受主掺杂浓度,全无机钙钛矿太阳能电池的光电转化效率可以达到20%以上。

基于CsPb_(0.9)Sn_(0.1)IBr_2的全无机钙钛矿太阳能电池展示出效率和稳定性的提升

钙钛矿太阳能电池是一种非常有前景的新型光伏器件。近年来,其光电转换效率的最高记录已经从3.8%迅速上升到22.1%。常见的有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料的通用化学式为ABX3，其中A位点通常是有机阳离子（如甲基铵（MA＋）或甲脒（FA^＋）），B位点通常是Pb^2＋，X位点通常是卤素阴离子，这使其具有适当的带隙和强的吸光性能。

新型添加剂改善全无机钙钛矿太阳能电池稳定性

目前全无机钙钛矿太阳能电池CsPbI_(2)Br的光电转换效率已经超过了16%,表现出较强的应用前景,然而全无机钙钛矿较差的水氧稳定性问题严重制约其商业化发展.因此,针对上述水氧稳定性问题,提出加入一种9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)添加剂来提高钙钛矿CsPbI_(2)Br的稳定性.结果显示,经过DOPO修饰的器件达到了11.04%的光电转换效率,并且稳定性明显提升,在10天后维持87%的初始效率,而参比器件仅具有初始效率的80%.

全无机钙钛矿太阳能电池湿度稳定性和光热稳定性研究进展

近年来,钙钛矿太阳能电池因高效率、低成本等特点获得了持续的关注,但是有机成分在稳定性方面始终存在一些问题。相比于有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池,全无机钙钛矿材料可以很大程度上避免外界环境的影响,对氧环境要求低,对于湿度环境的容许度也比较大;由于自身结构,在光热稳定性方面,也要优于有机-无机杂化钙钛矿。因此,发展全无机钙钛矿太阳能电池是有效提高钙钛矿太阳能电池稳定性的方向之一。本文从稳定性方面入手,系统地介绍了全无机钙钛矿太阳能电池的最新研究进展。结合全无机钙钛矿太阳能电池稳定性的影响因素,总结了当前全无机钙钛矿电池稳定性问题的主要解决方案,最后对解决全无机钙钛矿材料的稳定性进行了展望。

溶液法制备全无机钙钛矿太阳能电池的研究进展

太阳能光伏技术,能实现太阳能与电能的高效转换,是实现人类文明可持续发展的关键绿色能源技术.其中,有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有优异的光电特性、低廉的制备成本、高效的转换效率,已成为该领域的研究前沿.虽然有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已约高达24%,但其体系中的有机物组分易受环境中的光、热、潮等因素影响而分解,致使器件稳定性存在严重的缺陷,极大地限制了钙钛矿太阳能电池的产业化进程.因此,如何制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池,是目前该领域的研究热点与难点,而发展具有更高环境稳定性的全无机钙钛矿太阳能电池具有重要意义.本文回顾了近年来全无机钙钛矿太阳能电池领域的研究成果,重点审视了钙钛矿薄膜的湿法制备工艺,并探讨了器件在光热稳定性方面的改善,为进一步推动钙钛矿太阳能电池的实用化进程提供可行性参考.

全无机钙钛矿太阳能电池研究获进展

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源实验室研究员孟庆波团队(E02组)发展了一系列体相及界面调控方,法用于制备高质量全无机钙钛矿薄膜,进而获得高性能太阳能电池,并取得了系列研究进展。例如,利用溶剂工程方法制备高效稳定的全无机混合卤素钙钛矿太阳能电池;利用无机卤化铵添加剂配位策略制备高效稳定的全无机CsPbI_(3)钙钛矿太阳能电池。

基于全无机CsPbBr_(3)钙钛矿太阳能电池的光电性能研究

钙钛矿太阳能电池具有制作工艺简单和光电转换效率高等优点,成为光伏领域研究的热点。而全无机钙钛矿太阳能材料CsPbBr_(3)具有较强的稳定性,是具有竞争力的钙钛矿光吸收材料。主要利用SCAPS-1D软件构建了FTO/TiO_(2)/CsPbBr_(3)/Cu2ZnSnS4(CZTS)/Ag平面异质结结构。研究了全无机钙钛矿材料CsPbBr_(3)厚度和带隙对钙钛矿太阳能电池的影响。

钙钛矿太阳能电池界面缺陷及其抑制方法

目前,绝大多数高效有机-无机卤化物钙钛矿(OIHP)太阳能电池都是由多晶钙钛矿薄膜构成,这些多晶薄膜表面或晶界往往含有大量的缺陷,将导致光生载流子发生非辐射复合,并诱导OIHP材料分解,从而使器件的光电转换效率(PCE)和稳定性降低。本综述分析了钙钛矿太阳能电池的缺陷类型及缺陷对钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能的影响,详细介绍了通过钝化电极与传输层,或传输层与钙钛矿层间的界面缺陷以获得更高效率和高稳定性的钙钛矿太阳能电池方面的研究进展,展望了钝化分子的设计思路及钙钛矿光伏商业化应用所面临的挑战。

两步沉积法制备锡基钙钛矿及其全溶液工艺太阳能电池性能

两步沉积法中胺盐的传统溶剂异丙醇会对锡基钙钛矿产生严重破坏,因此探索其他溶剂制备锡基钙钛矿非常重要。利用4-甲基-2-戊醇取代异丙醇充当胺盐的溶剂,并在胺盐中添加苯乙基溴化胺(PEABr),通过两步沉积法制备了锡基钙钛矿薄膜及全溶液工艺太阳能电池。实验结果表明,相比于异丙醇,使用4-甲基-2-戊醇作为胺盐溶剂,可降低对锡基钙钛矿的破坏作用,促进锡基钙钛矿结晶成膜,原因可能是该溶剂分子的烷基部分可以增加对羟基的空间位阻。但未添加PEABr时,制备的FASnI3薄膜存在许多针孔,器件光电转换效率(PCE)仅为0.24%;在添加摩尔占比为0.3(n(PEABr)/n(FAI+PEABr)=0.3)的PEABr时,制备的锡基钙钛矿薄膜针孔减少,致密度提高,表面形貌得到改善。利用全溶液工艺制备的基于该薄膜的太阳能电池PCE达到4.15%。该研究有助于促进两步沉积法制备锡基钙钛矿薄膜及其光伏器件的进一步发展。

钙钛矿太阳能电池无机空穴传输材料的研究进展

有机−无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)因高能量转换效率(PCE)和低制造成本而受到了广泛关注。尽管认证PCE已经高达26%,但在高温、高湿度和持续光照下PSCs的稳定性仍然明显落后于传统太阳能电池,这成为其商业化道路中最大的阻碍。开发和应用高稳定性的无机空穴传输材料(HTMs)是目前解决器件光热稳定性的有效方法之一,引入无机HTMs可以有效屏蔽水和氧对钙钛矿吸光层的侵蚀,从而避免形成离子迁移通道。本文概述了应用于有机−无机杂化钙钛矿太阳能电池的无机HTMs的分类和光电特性,介绍了相关研究进展,总结了针对无机HTMs器件的性能优化策略,包括元素掺杂、添加剂工程和界面工程,最后展望了无机HTMs未来的发展方向。下一步需要更深入地研究无机HTMs的微观结构及其与PSCs性能的关系,从而实现更高效、更稳定的PSCs器件。

绿色双溶剂法制备高效稳定钙钛矿太阳能电池

采用毒性小、环境友好的乙二醇甲醚(ethylene glycol monomethyl ether,EGME)与水混合的双溶剂(体积比为1:1)溶解CsBr,通过提高CsBr的溶解度,减少了后续Cs Br的甲醇溶液的旋涂遍数,简化了电池制备流程。通过优化Cs Br的甲醇溶液的旋涂遍数发现,在旋涂1遍200 mg·mL^(-1)CsBr的水/EGME溶液的基础上旋涂2遍15 mg·mL^(-1)Cs Br的甲醇溶液,所制备的Cs Pb Br_(3)钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)拥有最佳的性能,实现了1.44 V的开路电压(open-circuit voltage,VOC),6.26 mA·cm^(-2)的短路电流密度(short circuit current density,JSC),74.57%的填充因子(fill factor,FF)及最高6.72%的光电转换效率(photoelectric conversion efficiency,PCE)。

表面处理提高全无机CsPbBrI_(2)钙钛矿太阳能电池性能

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池光电转换效率近几年来取得了迅猛的发展,然而稳定性是制约其商业应用的因素。全无机钙钛矿CsPbX3(X=Cl,Br,I)太阳电池因其出色的光、热稳定性引起研究者的广泛兴趣,但由于全无机钙钛矿薄膜结晶过程较快,导致薄膜质量过差和较大缺陷态密度,是制约全无机钙钛矿太阳电池效率进一步提升的原因之一。针对以上问题,本文我们用不同浓度的偏钒酸铵(NH4VO3)溶液对钙钛矿薄膜进行旋滴处理,并进行二次退火促进钙钛矿晶粒的二次生长。研究发现,用2.5 mg/m L浓度的NH4VO3溶液处理后的薄膜更为致密、晶粒尺寸更大、电子/空穴迁移能力更高。对应的器件在AM 1.5G的标准太阳光下获得了15.45%的光电转换效率,远高于未处理薄膜器件12.19%的效率。该工作为实现高效稳定的全无机钙钛矿太阳能电池提供了一种简便、有效的方法。

金属离子掺杂提升全无机CsPbX3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。

水杨酸的添加对全无机锡铅混合钙钛矿太阳能电池的影响

全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注,但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅,但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解,性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜,并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn^(2+)氧化为Sn^(4+),达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL^(-1)增加至6 mg·mL^(-1),器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现,当添加量为4 mg·mL^(-1)时,薄膜相稳定性最好,与不添加水杨酸的器件相比,其短路电流密度(J_(sc))从14.7 mA·cm^(-2)显著提高至15.1 mA·cm^(-2),光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外,最优器件在空气环境中存放5 d后,初始光电转换效率仍可保持原有效率的50%,进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。

超长稳定的混合阳离子钙钛矿太阳能电池性能优化研究

钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速,其能量转换效率(PCE)被一再刷新,但长期稳定性还有待提高。目前大部分高效率钙钛矿太阳能电池在惰性气体环境中完成制备,成本高且操作空间有限,不利于产业化应用。本研究成功在空气中制备了具有超长稳定性的混合阳离子钙钛矿太阳能电池,系统探究了A位阳离子掺杂对钙钛矿微观结构、光电性能以及稳定性的影响。实验结果表明,掺杂FA^(+)和Cs^(+)可以提高钙钛矿薄膜质量,优化钙钛矿/SnO_(2)的能级排列,抑制载流子复合,显著提高器件的光电转换效率、长期以及湿热稳定性。Cs_(0.05)MA_(0.35)FA_(0.6)PbI_(3)电池的最佳PCE为19.34%,在(20±5)℃,相对湿度<5%的黑暗环境中放置242 d后,仍保持初始效率的85%。MAPbI_(3)电池在同样测试条件下放置112 d后,效率下降为初始值的30%。掺杂FA^(+)和Cs^(+)也显著提高了电池的抗热和抗湿性。Cs_(0.05)MA_(0.35)FA_(0.6)PbI_(3)电池分别在(85±5)℃、相对湿度20%~30%和(20±5)℃、相对湿度80%~90%的黑暗环境中放置96 h后,PCE分别为初始值的99%和84%,而MAPbI_(3)在同样条件下的PCE仅为初始值的70%和56%。本研究为在空气环境制备高效、超长稳定的混合阳离子钙钛矿太阳能电池提供了参考。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池研究进展

高效率的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池是太阳能电池研究领域的明星,近年来取得了蓬勃发展。由染料敏化电池发展而来的钙钛矿太阳能电池具有成本低、能带窄、吸光系数高、载流子迁移率高等一系列显著的优势,使其在科学研究和商业应用领域表现出了极大的潜力。综述了钙钛矿太阳能电池的结构和关键材料的研究进展。

CsPbI_(2)Br基钙钛矿太阳能电池稳定性提升研究

全无机钙钛矿因具有适用于光电器件的带隙和优异的热稳定性与光学性能而受到人们的大量关注。然而,钙钛矿薄膜的低质量和高陷阱密度,以及CsPbI_(2)Br钙钛矿太阳能电池(PSCs)的低转换效率(PCE)和较大的能量损失,限制了这类器件的应用。首先,文章综述了全无机钙钛矿材料的晶体结构和稳定性,介绍了全无机铯铅卤化钙钛矿CsPbIxBr3-x(如CsPbI_(2)Br)的研究现状和发展前景,阐释了提高光电转换效率的几种常见途径(如界面工程、前驱体工程、表面钝化技术等)。其次,实验研究发现,在CsPbI_(2)Br基钙钛矿溶液中加入添加剂可使钙钛矿层更加致密,能提升器件稳定性。综述与实验研究为高性能CsPbI_(2)Br器件制造提供了新的见解。

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。

基于不同类型全无机钙钛矿材料的太阳能电池研究

随着新型光伏电池的发展,卤族钙钛矿太阳能电池备受关注,其中全无机钙钛矿材料因其良好的热稳定性、高吸光系数、带隙可调、制备工艺简单等优点,在光电和光伏器件领域具有良好的应用前景,基于全无机钙钛矿太阳能电池的最高效率达到了20.4%。本文总结了基于ABX3、A2BX6、A2B1+B3+X6以及类钙钛矿材料等全无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率及稳定性的对比,并着重分析造成效率和稳定性差异的影响因素及优化改良方法,最后对全无机钙钛矿太阳能电池材料面临的挑战进行了展望。