晶体取向生长提升半透明钙钛矿太阳能电池的光利用效率

[目的]为提升半透明钙钛矿太阳能电池(semitransparent perovskite solar cells,ST-PSCs)的光利用效率,探究在确保透光性的同时,减轻活性层厚度变薄带来的影响.[方法]采用偶氮二甲酸二异丙酯(diisopropyl azodicarboxylate,DIAD)诱导钙钛矿前驱体PbI2的取向生长,对制备的PbI2薄膜进行形貌和光谱表征,并对相应器件进行电化学性能测试.[结果]生成的钙钛矿具备取向生长的特点,为电荷提供了在不同晶体间高速传输的通道,改善了半透明器件中因活性层厚度不足或岛状晶体生成导致的横向传输受阻,ST-PSCs器件的平均能量转换效率由14.20%上升到14.74%.同时,器件在相同的工艺条件下获得了更高的透过率,因而光利用效率从1.94%提升至2.61%.[结论]本研究针对ST-PSCs中活性层的光电性能要求,提出了有效的形貌优化与调控方法并阐明其作用机制,该方法同时提升了ST-PSCs的能量转换效率与光利用效率.

半透明钙钛矿及叠层太阳电池中的透明电极研究综述

钙钛矿太阳电池由于具有独特的光电性能及制造工艺简单、低成本等特点而引起人们极大的关注。在钙钛矿太阳电池出现后的短短几年之内,其效率取得了突飞猛进的发展。在这个过程中,半透明钙钛矿太阳电池由于应用潜力巨大也受到越来越多的关注。特别是其与传统的硅电池或者铜铟镓硒电池组成的叠层太阳电池,由于其能够更加合理地利用太阳光谱而被认为是提升太阳电池光电转换效率的一条有效途径。到目前为止,半透明钙钛矿太阳电池的最高效率已达17.9%,叠层太阳电池的最高效率已达25.5%。顶部透明电极是半透明钙钛矿及叠层太阳电池的关键研究内容之一。对半透明钙钛矿及叠层太阳电池来说,理想的顶部透明电极应具有高透过率、低电阻、良好的化学稳定性以及能够在低温下制备等特点。截至目前,多种透明电极已经被应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池中,包括银纳米线、碳纳米管、超薄金属、石墨烯、导电聚合物以及透明导电氧化物等。银纳米线透明电极的光电性能良好,但稳定性较差,易与钙钛矿中的卤离子反应导致器件恶化,且在空气中易被氧化和腐蚀。超薄金属电极往往不能同时具有较高的导电性和光学透过率,需要引入合适的缓冲层来促使其均匀生长,但同样存在稳定性较差的问题。碳基透明电极的稳定性很强,但是其光电性能有待提高。透明导电氧化物具有良好的光电性能和稳定性,但往往采用溅射的方式制备,在溅射的过程中容易损伤钙钛矿活性层,需要引入合适的缓冲层。本文归纳了应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池中的透明电极的研究进展,分别对透明电极的种类、光电性能、制备工艺进行了系统的介绍,对比了各种透明电极光电性能及制备工艺的优缺点,分析了它们在研究中面临的问题并展望了其发展前景,以期为应用于半透明钙钛矿及叠层太阳电池的透明电极研究提供有益的参考。

半透明钙钛矿太阳能电池的研究进展

半透明太阳能电池因其在发电窗户、建筑集成光伏、农业温室等领域的巨大潜力而受到越来越多的关注.钙钛矿因其优异的光电性能和通用的制造方法成为了半透明太阳能电池光吸收材料的理想候选.半透明太阳能电池具有高透明度、颜色可调性等优异性能.因此,为了保证光电转换效率的同时实现良好的透光性,科学界需要继续解决器件结构设计、吸光层和透明电极材料等问题.分析半透明钙钛矿太阳能电池在电极设计、有源层调控以及器件结构的最新研究进展,并探讨半透明钙钛矿太阳能电池当前所面临的问题和未来发展方向.

无电子传输层半透明钙钛矿太阳电池的仿真研究

无电子传输层半透明钙钛矿太阳电池在叠层太阳电池的应用上有着良好的应用前景。本文利用SCAPS软件对无电子传输层半透明钙钛矿太阳电池进行建模仿真,从理论上分析器件性能提升的关键因素。仿真结果表明,为了得到高转换效率的器件,入光侧透明导电层(TCO)功函数应低于3.5 eV,背光侧TCO功函数应高于4.9 eV。同时,要降低钙钛矿薄膜缺陷密度至1×10^(15)cm^(-3)以下。此外,TCO与钙钛矿薄膜界面、钙钛矿薄膜与Spiro-OMeTAD界面的缺陷态密度应分别控制在1×10^(16)cm^(-3)和1×10^(19)cm^(-3)以下。

氧化钼在半透明双面钙钛矿太阳电池中的应用

研究双面钙钛矿太阳电池正极窗口叠层MoO_(3)/ITO(氧化钼/掺锡氧化铟),通过蒸镀法沉积制备具有不同厚度的氧化钼(MoO_(3))缓冲层。结合PV Lighthouse模拟计算,系统分析MoO_(3)缓冲层对太阳电池光电性能的影响。得益于电子传输层的宽禁带和MoO_(3)/ITO的减反效果,当光从玻璃衬底(SnO_(2)电子传输层)一侧入射时电池的短路电流密度较高。实验表明当MoO_(3)缓冲层厚度在10~15 nm时,钙钛矿太阳电池填充因子和短路电流密度达到最佳值,此时电池光电转换效率最高,电池的双面率为69.5%。

光学工程实现高性能半透明聚合物太阳电池

系统设计不同布拉格反射波长的一维光子晶体并将其应用于半透明聚合物太阳电池,光学模拟结果表明一维光子晶体的光学禁带效应可以提高半透明器件的光吸收效率并保持一定的透明度。使用一维光子晶体的半透明器件拥有更高的短路电流密度和高于20%的平均可见光透射率;同时,使用一维光子晶体,可以制成透视颜色分别为蓝色、红色和蓝绿色的半透明器件,有望用于产生能源的窗户。

钙钛矿/晶硅叠层太阳电池关键材料与技术研究进展

太阳电池要成为常规能源需不断提高光电转换效率、降低电池成本。叠层太阳电池采用不同禁带宽度的材料吸收太阳光,可减少高于带隙的高能量太阳光的热化损失,以及低于带隙的低能量太阳光不能被吸收的损失,提高电池光电转换效率。近几年,钙钛矿/晶硅叠层太阳电池因具有带隙匹配、光电转换效率高、工艺简单等特性,成为新兴的研究热点。经过近五年的发展,钙钛矿/晶硅叠层太阳电池的光电转换效率已被快速提升至28%。要实现高效的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池,关键材料与结构的发展必不可少。钙钛矿/晶硅叠层电池主要包括四端和两端结构。其中两端叠层电池,因仅需要一个透明电极,有利于减少寄生吸收、降低成本,成为主流钙钛矿/晶硅叠层电池结构。除了结构改进外,开发高质量的关键材料对高效叠层电池也十分重要。首先,钙钛矿顶电池的金属电极需要替换成透明电极,使得透过顶电池的太阳光能被底电池吸收。目前主流的体系为透明导电氧化物。其次,钙钛矿顶电池的理想带隙为1.7~1.8 eV,因此需要开发高质量的宽带隙钙钛矿电池,以实现开路电压的增益。最后,两端叠层电池的中间界面层起复合载流子和调控光传输的双重作用,需要探寻具有优异光电特性的界面层材料。目前主流的中间界面层体系包括氧化铟锡、掺杂纳米硅以及含纳米硅的氧化硅薄膜等。虽然通过关键材料和结构的发展,叠层电池光电转换效率已经达到28%,但距43%的极限效率还有一定的差距,需进一步提高叠层电池的短路电流密度、开路电压等光伏特性参数。为提高叠层电池的短路电流密度,需降低载流子传输层、透明电极、中间界面层的寄生吸收损失,同时通过绒面结构、减反层、折射率匹配的界面层等光管理手段降低界面的反射损失。提高叠层电池开路电压的关键是提高宽带隙钙钛矿电池的开路电压。通过上述光电管理协同作用,叠层电池光电转换效率有望突破30%。本文以钙钛矿/晶硅叠层太阳电池性能发展为主线,首先简要介绍了叠层电池的结构及光电性能发展历史;然后介绍叠层电池的关键材料,重点包括透明电极、中间界面层、宽带隙钙钛矿电池;在此基础上,分析叠层电池光电转换效率制约因素及提升途径;最后对叠层电池的高效化、大面积、稳定性的未来发展进行了展望。

柔性有机／无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展

柔性太阳电池具有重量轻、可卷对卷连续生产、可卷曲、不易破碎、便于携带和可穿戴等特点,可在多种领域为人们提供电力,具有非常广泛的应用前景。近年来,在基于刚性衬底的有机/无机杂化钙钛矿太阳电池(PSC)展示了出色的功率转换效率之后,柔性PSC研究也受到了人们的广泛关注。目前,柔性PSC的转换效率已经达到了18. 1%。本文介绍了近年来柔性PSC领域的相关研究工作,综述了已应用于柔性PSC的柔性基底、透明电极和界面传输层等关键材料近来的发展,并探讨了这些材料应用于柔性PSC时的优势和面临的主要问题,最后对柔性PSC未来的发展进行了展望。

应用于光伏型智能窗的半透明钙钛矿太阳能电池:透明度与效率间的对立统一

新型杂化钙钛矿材料因其独特的光电特性可制备成半透明太阳能电池,应用于建筑物幕墙,实现对太阳能的收集。本文从光伏型智能窗的最新研究进展出发,归纳了钙钛矿太阳能电池应用到绿色建筑智能窗的主要方法和目前实现钙钛矿太阳能电池透明化的主要技术,并预测了其应用于智能窗的透明度和效率等问题。此外,采用随机抽样的方法进行用户调研,分析了光伏窗的成本与收益,对其商业应用前景进行了展望。

半透明钙钛矿太阳能电池的技术关键

基于ABX3晶体结构材料的新型钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、可溶液加工以及低温工艺兼容等优势。与此同时,利用钙钛矿材料合成方法简单、带隙可调以及膜厚和透过率可控等优点制备的半透明钙钛矿太阳能电池为薄膜光伏的发展带来了新的契机,在建筑集成光伏和叠层光伏等领域应用前景广阔。开发高效且高稳定的半透明钙钛矿太阳能电池已成为目前光伏领域的研究重点。本文系统综述了半透明钙钛矿太阳能电池的各功能层(钙钛矿光活性层、电荷传输层和电极)材料选择、光学特性调控、电学特性优化以及制备工艺调控等技术策略,同时提出了对半透明钙钛矿太阳能电池未来发展的一些展望。

半透明钙钛矿太阳能电池活性层与电极层研究进展

半透明钙钛矿太阳能电池具备集采光及发电于一身的优点,在新能源汽车、建筑集成光伏系统等领域具有巨大的应用前景。光伏系统主要位于车顶或屋顶或开放区域,以实现最大程度地暴露在阳光下,半透明太阳能电池可以集成到车体或建筑物的侧面,达到最大限度地提高空间容量,扩大能源产量。但是,半透明钙钛矿太阳能电池如何在保证光电转换效率的同时具备良好的透光率,一直是科学界面临的难题,设计新型器件结构、开发吸光层和透明电极材料等问题亟待解决。本文围绕高性能、半透明钙钛矿太阳能电池总结了器件结构设计、材料选择和制备工艺方面最新的研究进展,并讨论了目前研究中所面临的问题和未来的发展方向。

半透明钙钛矿太阳能电池关键技术及其应用

光伏发电技术的发展对于我国实现“双碳”目标和构建以新能源为主体的新型电力系统起到重要作用。虽然目前市场主流的晶硅光伏器件规模大、技术成熟,但是它也存在制备工艺复杂、成本高、应用场景有限等问题。半透明钙钛矿太阳能电池技术的开发与应用可以大幅度拓宽光伏发电的应用场景、提高光电转换效率,是新一代太阳能光伏发电技术的典型代表。该文首先阐述钙钛矿材料和半透明钙钛矿太阳能电池的基本特点;接着,从钙钛矿薄膜制备和透明电极开发的维度,总结半透明钙钛矿太阳能电池的关键技术;之后,对半透明钙钛矿太阳能电池在叠层光伏器件和温室农业光伏中的应用展开分析与讨论,并对其在新型电力系统中的作用进行展望。

半透明钙钛矿太阳能电池使窗户发电成为现实

倡导清洁能源的梦想是将每扇窗户变成一块太阳能电池板,如果工厂和办公大楼中的所有窗户都可为建筑物供电,那全世界将产生很多太阳能。据报道,澳大利亚研究人员成功开发了一种半透明的钙钛矿太阳能电池,该电池可让光通过的同时产生电能,且转换系数达17%,如果你认为这一数值太低而不值得关注的话,请记住,现在在用的太阳能电池板转换系数在15%~20%之间,且是不透明的。

半透明钙钛矿电池电/热复合系统仿真分析

钙钛矿太阳电池因其高转换效率、低成本被认为是最有潜力的光伏发电技术。设计了基于半透明钙钛矿电池电/热(PV/CT)复合系统,利用半透明钙钛矿太阳电池(ST-PSCs)实现太阳能高效低成本转化以及主动分频功能;同时,利用真空管集热技术高效回收电池无法利用的能量,实现光热综合利用。建立半透明钙钛矿太阳电池性能仿真模型和集热系统仿真模型。对影响系统性能的电池结构参数、聚光倍数等因素进行仔细分析。结果显示:标准光照条件下(AM1.5),吸收层厚度为200 nm时,半透明钙钛矿电池的平均透过率为42%,太阳能光电转换效率为15.7%,热效率为39.6%,其综合效率可达55%,该系统可大幅提高太阳能综合利用效率。

香港理工大学采用半透明钙钛矿／石墨烯创建低成本高效太阳能电池取得进展

为了解决透明或半透明太阳能电池高成本低效率问题，香港理工大学研究人员采用石墨烯电极，创造了半透明，高效率，低成本的钙钛矿型太阳能电池。研究人员使用这种薄膜钙钛矿研发的太阳能电池属于第三代太阳能电池，在不太遥远的将来投入商业使用，具有更高的能量转换效率更简单的制造工艺，以及更低的成本。

石墨烯及其衍生物在钙钛矿太阳电池中的应用

石墨烯及其衍生物具有良好的电子传导能力、独特的材料结构,以及优异的光电和机械性能,因此被广泛应用于钙钛矿太阳电池中,以提高电池的光电转换效率和性能稳定性。综述了石墨烯及其衍生物作为电极材料、电子传输层和空穴传输层时在钙钛矿太阳电池中的研究进展,并指出了其在未来的发展重点。

新型非晶硅太阳电池

论述了新型非晶硅太阳电池的发展,介绍了See-Through Amorton 半透明太阳电池、a-SiC 激活层半透明太阳电池、弱光太阳电池、不透明柔性衬底太阳电池、透明柔性衬底太阳电池及导电聚合物柔性衬底太阳电池的特性。并且介绍了国内新型非晶硅太阳电池的研究成果及应用。

一种兼具高光利用效率和高显色指数的半透明有机太阳电池

半透明有机太阳电池(ST-OSCs)凭借轻质、柔韧和透明等优点,在建筑一体化光伏技术(BIPV)以及智能建筑等领域展现出广阔的应用潜力[1,2].然而,STOSCs在光电转换效率(PCE)与可见光透过率(AVT)之间的权衡,限制了其光利用效率(L U E,L U E=PCE×AVT)的提升.为了优化LUE,研究人员在光学工程方面进行了大量探索,通过调整透射与反射光谱提升性能.尽管取得了一定的进展,PCE的显著损失以及复杂的光学层设计依然是ST-OSCs面临的难题[3,4].

基于无铟AZO/Ag/AZO多层透明电极的柔性钙钛矿太阳电池

基于透明聚合物基材的钙钛矿太阳电池(perovskite solar cell,PSC)具有高效、柔性、轻质、易集成于弯曲表面及可通过卷对卷技术来实现批量生产等优势,已成为太阳电池行业最具颠覆性的竞争者之一.然而,常用透明聚合物基材的玻璃转变温度较低,使得在刚性玻璃基材PSC开发中常用的、需要较高工艺温度的铟锡氧化物和掺氟氧化锡等透明电极及电子传输层材料,在透明聚合物基材上的高质量制备遇到了困难,这已成为限制基于聚合物基材的柔性PSC性能提升的主要瓶颈之一.本文采用射频磁控溅射技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)衬底上室温沉积了(aluminum-doped ZnO,AZO)/Ag/AZO多层结构无铟透明导电薄膜(transparent conductive film,TCF),研究了中间Ag层厚度对所沉积多层TCF光电特性的影响,并利用其作为透明电极,以低温溶液法制备的SnO2层作为电子传输层,进行了正置结构柔性PSC制备.研究发现,随着中间Ag层厚度的增加,样品的平均光透过率先增加后降低,而表面电阻则呈现单调减小的趋势.当Ag层厚度为11 nm时,多层TCF的品质因子最高,其值可达2.3×10–2Ω–1,此样品在400~800 nm波长范围内平均光透过率为83.3%,表面电阻为7.0Ω/sq.在PET衬底上制备的AZO/Ag/AZO/SnO2/Cs0.1(MA0.17FA0.83)0.9Pb(I0.83Br0.17)3/spiro-OMeTAD/MoO3/Ag柔性PSC的功率转换效率(power conversion efficiency,PCE)可达11.9%,并且在10 mm弯曲半径下弯折100次后,仍可保持其初始PCE的95%.

可作为窗户和墙壁的钙钛矿太阳能电池

高效、半透明的光伏面板可在5年内上市。2023年8月,松下控股公司(传奇的松下公司重组版本)开始测试和演示其钙钛矿光伏材料的原型版本。该原型是半透明的玻璃栏杆式光伏面板,安装在东京附近一栋样板房的阳台上,每块高近1米、宽4米。以这种材料为基础,松下控股公司计划全面进入建筑集成光伏(BIPV)行业。