基于WO_x/PEDOT:PSS复合空穴传输层的高效稳定平面异质结钙钛矿太阳电池

在基于钙钛矿/富勒烯平面异质结的钙钛矿太阳电池中,PEDOT:PSS是最常使用的空穴传输材料.但PEDOT:PSS呈酸性,会腐蚀金属氧化物透明电极,使器件的电极界面稳定性欠佳.本文将高功函的氧化钨(WOx)插入到PEDOT:PSS和FTO之间,形成WOx/PEDOT:PSS复合空穴传输层,这样既可以避免PEDOT:PSS与FTO直接接触,提高器件的稳定性,又可以进一步降低电极界面的接触势垒,从而提升器件的性能.作者研究了复合传输层对透光率、钙钛矿形貌、钙钛矿结晶、光伏性能及器件稳定性的影响.基于WOx/PEDOT:PSS复合空穴传输层的电池效率可以达到12.96%,比单纯的PEDOT:PSS的电池效率(10.56%)提升了22.7%,同时器件的稳定性也得到大幅改善.

钙钛矿/硅叠层太阳电池中平面a-Si:H/c-Si异质结底电池的钝化优化及性能提高

最近,旋涂法制备的钙钛矿/平面硅异质结高效叠层太阳电池引起人们广泛关注,主要原因是相比于绒面硅衬底制备的钙钛矿/硅叠层太阳电池,其制备工艺简单、制备成本低且效率高.对于平面a-Si:H/c-Si异质结电池, a-Si:H/c-Si界面的良好钝化是获得高转换效率的关键,进而决定了钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的性能.本文主要从硅片表面处理、a-Si:H钝化层和P型发射极等方面展开研究,通过对硅片表面的氢氟酸(HF)浸泡时间和氢等离子体预处理气体流量、a-Si:H钝化层沉积参数、钝化层与P型发射极(I/P)界面富氢等离子体处理的综合调控,获得了相应的优化工艺参数.对比研究了p-a-Si:H和p-nc-Si:H两种缓冲层材料对I/P界面的影响,其中高电导、宽带隙的p-nc-Si:H缓冲层既能够降低I/P界面的缺陷态,又可以增强P型发射层的暗电导率,提高了前表面场效应钝化效果.通过上述优化,制备出最佳的P-type emitter layer/aSi:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)/N-type layer (inip)结构样品的少子寿命与implied-Voc分别达到2855μs和709 mV,表现出良好的钝化效果.应用于平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池,转换效率达到18.76%,其中开路电压达到681.5 mV,相对于未优化的电池提升了34.3 mV.将上述平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池作为底电池,对应的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的开路电压达到1780 mV,转换效率达到21.24%,证明了上述工艺优化能够有效地改善叠层太阳电池中的硅异质结底电池的钝化及电池性能.

高效平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的质量管理

基于有机-无机杂化钙钛矿材料的太阳电池具有能量转换效率高和制备工艺简单等优点,引起了学术界的高度关注.其中平面异质结结构太阳电池具有结构简单,可与其他类型电池相兼容以构筑叠层电池设计,以及可低温制备等诸多优点,成为当前的一个重要研究方向.然而,电池性能的优劣与钙钛矿薄膜质量的高低有着直接的联系.本文对钙钛矿材料的特性、一步溶液法制备薄膜的成核-生长机理、电池结构的演变等进行了概述,其中重点介绍了高质量钙钛矿薄膜溶液法制备过程的一些最新的质量控制方法;最后对钙钛矿太阳电池的发展及存在问题进行了总结和展望,为今后的研究提供参考.

基于交联型窄带隙D-A共聚物的高效平面-本体异质结聚合物太阳电池

通过溶液法将平面异质结与本体异质结相结合,构筑了平面-本体异质结集成结构聚合物太阳能电池。在光活性层与阳极缓冲层(PEDOT:PSS)之间插入了一层光交联D-A共轭聚合物(PBDTTT-Br25)给体材料。经紫外光照处理后,PBDTTTBr25层可以实现交联,交联后的聚合物薄膜具有良好的抗溶剂性。PBDTTT-Br25给体层的引入使器件构筑了一个平面-本体异质结集成结构,该结构增加了给体/受体之间的接触界面,为空穴传输到阳极提供了一条空间无障碍通道,从而可以降低载流子的复合几率。采用该集成结构的聚合物太阳电池在一个太阳光光照条件下光电转换效率可达到5.24%,比采用单纯本体异质结结构的聚合物太阳电池效率(3.17%)提高了65%。

体相异质结钙钛矿太阳电池的稳定性

钙钛矿太阳电池的光电转换效率取得了硅太阳电池的水平,然而制约其产业化发展的主要瓶颈是稳定性。为探索其衰减的物理规律,使用新两步连续沉积方法成功的制备了体相异质结钙钛矿太阳电池,其光电转换效率为6.73%。这种方法解决了传统两步法钙钛矿薄膜不均匀和相互扩散两步法反应不完全的缺点。将体相异质结钙钛矿太阳电池放在空气中10、20和80 min时对其稳定性进行测试,发现其光电转换效率会逐渐降低,它的开路电压几乎不变,它的短路电流密度和填充因子逐渐减小。通过交流阻抗测试进一步证实其衰减的主要原因是钙钛矿太阳电池的复合电阻和载流子寿命不断减小。主要原因可能钙钛矿材料在晶界处吸收空气中的水分和氧气,导致其分解。

硅基异质结太阳电池新进展

非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(SHJ)是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,它综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点,是高转换效率硅基太阳电池的热点方向之一。本文首先综述了近几年SHJ电池制造工艺技术的进步,包括臭氧清洗硅片、热丝化学气相沉积技术沉积非晶硅薄膜、透明导电薄膜沉积方法和材料的改进,以及新型金属化电极技术在SHJ电池中的应用所取得的进展。然后介绍了结合背面结技术、载流子选择性钝化接触技术的硅异质结电池以及薄型硅异质结太阳电池最新研究情况。进一步分析了与叉指式背接触技术相结合的硅异质结电池、与钙钛矿太阳电池技术相结合的钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳电池的研究现状,指出硅基异质结太阳电池是迈向更高效率太阳电池的基石。

十二烷二酸修饰TiO2电子传输层改善钙钛矿太阳电池的电流特性

在经典的平面异质结钙钛矿太阳电池中,TiO_2致密层的电子传输性能一直是获得优异光伏性能的决定性因素之一.相较于spriro-OMe TAD等常见的空穴传输材料优异的空穴传输能力,作为电子传输材料的TiO_2的导电性较弱,无法形成良好的电荷匹配.为了解决这个问题,我们使用自组装的十二烷二酸(DDDA)单分子层来修饰TiO_2致密层的表面,TiO_2致密层的导电性能得到大幅提升,并且其能带结构得到优化,促进了电子传输,降低了电子积聚和载流子复合,使得电池的短路电流密度(JSC)从修饰前的20.34 mA·cm^(-2)提升至修饰后的23.28 mA·cm^(-2),进而使得电池在标准测量条件下的光电能量转换效率从14.17%提升至15.92%.同时还发现,通过DDDA修饰TiO_2致密层,所制备的器件的光稳定性显著提升,器件未封装暴露在AM 1.5光强100 mW·cm^(-2)的模拟太阳光下超过720 min,保持初始效率的71%以上且趋于稳定.

铯铅卤化物钙钛矿型平面异质结LED的应用与发展

由于优异的光电性能与环境稳定性,全无机铯铅卤化物CsPbX_3(X=Cl, Br, I)钙钛矿材料自2015年起逐渐成为光电领域的研究热点,在诸多电子、光电子器件的应用研究中取得了突破性进展,受到了科学界的广泛关注。本综述结合铯铅卤化物钙钛矿型平面异质结LED的最新研究进展,对器件的结构及其工作原理进行扼要的介绍,并着重从提高LED器件发光性能和工作稳定性方面进行优化策略的归类与总结,最后就稳定高效的无机钙钛矿型平面异质结LED的发展趋势进行了展望。

随机纹理钙钛矿吸光层构建及对平面异质结太阳电池性能影响的研究

采用简单的氯苯(CB)反溶剂辅助旋涂技术构建一种新颖的随机纹理结构钙钛矿(RT-PVK)吸光层.系统研究CB浸渍量对MAI-PbI2-DMSO中间体多孔骨架结构的影响规律,揭示CB诱导的RT-PVK结晶动力学原理及内在反应机制.指出MAI-PbI2-DMSO中间体的多孔性质可为钙钛矿形成过程中所经历的晶格膨胀提供充足的空间,有效改善吸光层表/界面质量,提高电池性能.另外,RT-PVK吸光层具有适当的表面粗糙度和纵向有序的晶界分布,表现出优异的光捕获能力和载流子迁移率.最终,采用RT-PVK吸光层(约400 nm厚)制备的平面PSC获得了约20%的光电转换效率(PCE),并且表现出较高的可重复性.此外,整个电池的制备过程均在低温条件下进行(≤150℃),这有助于实现柔性及钙钛矿基叠层电池组件的制备.

IBC太阳电池技术的研究进展

对叉指背接触(IBC)太阳电池在光伏领域的结构优势和发展进程进行了简单的阐述。重点介绍了IBC太阳电池前表面场、背面p+和n+区结构、金属化电极的制备方法,并从工业化角度评述了各制备方法的优缺点与发展。总结了IBC电池产业化进程中的几种工艺优化方向,包括p+和n+区结构设计、正面陷光技术及表面钝化等。除此之外,从IBC太阳电池技术与效率提升方面详细介绍了三种基于IBC太阳电池技术的新型太阳电池技术,包括叉指背接触异质结(HBC)太阳电池、多晶硅氧化物叉指背接触(POLO-IBC)太阳电池以及钙钛矿IBC叠层太阳电池(PSC IBC),并总结了近年来上述三种新型太阳电池技术的研究进展。最后,对IBC电池未来面临的挑战与技术提升进行了展望。

平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展

高效低成本太阳电池的研发是太阳能光伏技术大规模推广应用的关键.近年来兴起的有机-无机杂化钙钛矿(以下简称钙钛矿)太阳电池因具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点,引起了学术界和产业界的广泛关注,具有广阔的发展前景.其中平面异质结钙钛矿太阳电池因具有结构简单,可低温制备等诸多优点,成为目前研究的一个重要方向.平面异质结钙钛矿太阳电池分为n-i-p型和p-i-n型两种结构.其中钙钛矿分别与电子传输层和空穴传输层形成两个界面,在这两个界面上实现电子和空穴的快速分离.电子传输层和空穴传输层分别为电子和空穴提供了独立的输运通道.平面异质结结构有利于钙钛矿太阳电池中电子和空穴的分离、传输和收集.此外,该结构不需要高温烧结的多孔结构氧化物骨架,扩大了电子和空穴传输材料的选择范围.可以根据钙钛矿材料的能带分布及载流子传输特性,来选择能级和载流子传输速率更为匹配的传输材料.本文对钙钛矿的材料特性,平面异质结结构的由来及发展进行了简要的概述.其中重点介绍了平面异质结钙钛矿太阳电池的结构特征、工作机理、钙钛矿/电荷传输层的界面特性,以及电池性能的优化,包括钙钛矿薄膜制备、空穴和电子传输层的优化等.最后对钙钛矿电池的发展前景及存在问题进行了阐述,为今后高效、稳定钙钛矿太阳电池的研究提供参考.

高性能CuSCN无机空穴传输层的制备及其在平面异质结双面钙钛矿太阳电池中的初步应用

低成本、宽带隙p型无机CuSCN凭借其卓越的透过率和优异的空穴迁移率,已成为目前双面钙钛矿太阳电池中一种理想的空穴传输层(HTL)材料.CuSCN无机HTL的结晶质量、表/界面性质及光、电特性是影响电池双面性能参数的关键因素.本文提出采用缓慢挥发法促使CuSCN充分结晶生长并且形成均匀覆盖的高质量、大晶粒CuSCN晶体薄膜,有效改善CuSCN与钙钛矿和背电极之间的界面特性,显著提高光生载流子抽取、传输与收集性能.通过调控CuSCN无机HTL厚度及其工艺条件,优化得到前面效率为12.78%和后面效率为9.79%的n-i-p型平面异质结双面钙钛矿太阳电池.整个电池制备过程不涉及任何高成本材料和高温工艺,为研发高效柔性、半透明及钙钛矿基叠层太阳电池组件奠定了坚实基础,表现出良好的商业转化应用前景和重要的研究价值.

空气中制备碳基无空穴传输层CsPbI_(2)Br钙钛矿太阳能电池研究

基于无机CsPbI_(2)Br的碳基无空穴传输层钙钛矿太阳能电池(carbon based hole transport material freeperovskite solar cells,C-PSCs)具有成本低、易制备和稳定性好等优点而受到广泛关注。研究了空气环境下制备高效稳定的平面异质结CsPbI_(2)Br C-PSCs的2种制备工艺。首先,通过对反溶剂材料的种类及用量、钙钛矿前驱体溶液浓度等参数的优化,在反溶剂为800μL、钙钛矿前驱体溶液浓度为1.2 mol/L的条件下,采用一步溶液法成功制备了光电转换效率为9.87%的CsPbI_(2)Br C-PSCs。其次,为摆脱一步溶液法对有毒反溶剂的依赖,引入低温预退火工艺,通过对预退火时间及温度、钙钛矿前驱体溶液浓度等参数的优化,在空气环境下,预退火温度为80℃、钙钛矿前驱体溶液浓度为1.6 mol/L且未使用反溶剂的条件下获得了10.52%的最佳光电转化效率,同时CsPbI_(2)Br钙钛矿的退火温度可降低至240℃,并且未封装的器件在空气环境下显示出了较好的稳定性。

基于平面硅的晶硅异质结太阳电池表面减反膜的优化

目前晶硅异质结太阳电池大多采用刻蚀绒面来减小光学损耗,但该方法工艺繁琐,且重复性和后期镀膜均匀性不佳;同时,绒面增加了载流子的传输路径和复合概率,限制了电池性能的提高。本文利用太阳电池模拟软件OPAL和光学膜系设计软件TFCalc,以平面硅为衬底,设计了一种双层TiO_(2)/SiN_(x)减反膜。考虑到太阳光谱分布和异质结太阳电池的光谱响应,本文以加权平均光学损耗作为评价函数,将TiO_(2)/SiN_(x)双层减反膜与玻璃、衬底作为一体进行了优化,并将本文设计的减反膜与绒面硅上单层ITO减反膜的加权平均光学损耗进行了对比。结果表明,与绒面硅上单层ITO减反膜相比,所设计的双层减反膜的加权平均光学损耗更小,为4.69%,较单层ITO减反膜减小了1.97个百分点,且吸收损耗显著降低。本文研究为平面硅替代绒面硅提供了理论支持。

不同热处理氛围改善CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜形貌和结晶

有机-无机金属卤素钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏技术已经吸引到众多关注。近期研究表明,不管是在介空结构还是平面异质结结构的钙钛矿电池中,每次钙钛矿效率的重大突破都归因于钙钛矿薄膜质量的提高。钙钛矿太阳能电池与其他多晶薄膜太阳能电池相似,增加晶粒尺寸和减少晶界可以极大的增加器件效率。在本文中,钙钛矿薄膜形貌和结晶度在最优化的热处理过程可以得到极大的改善和提高。我们制备的高性能平面异质结钙结构钙钛矿太阳能电池,获得了17.81%的最高效率和17.44%±0.5%的平均效率。

高效钙钛矿太阳电池的研究进展

具有钙钛矿结构的新型光吸收材料CH3NH3Pb X3被引入染料敏化太阳电池体系以后,电池效率取得重大突破,引发了科学界对钙钛矿太阳电池研究的极大兴趣。目前,为了进一步提高这种钙钛矿太阳电池的效率和深入理解其工作机理,太阳电池研究者们正在不断地工作和探索。文章简述了钙钛矿型化合物的基本性质,回溯了这种新型太阳电池的效率提升直至突破15%的研究历史,介绍了近期这一领域国内外研究组的一些重要工作,并对这种高效新型钙钛矿太阳电池的未来发展进行了展望。

CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜退火升温速率对其光伏性能的影响

采用一种简便的两步连续沉积新工艺,成功制备出较纯相的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜,考查了退火过程中升温速率对钙钛矿薄膜成膜质量及其与TiO_2薄膜形成平面异质结光伏性能的影响.结果表明,恰当选择升温速率对钙钛矿薄膜的形貌、致密性以及晶粒尺寸等参数的优化至关重要;当调控升温速率为3℃·min^(-1)时,可获得表面平整、平均晶粒尺寸较大、结构致密的钙钛矿薄膜.该薄膜具有明显改善光吸收特性和载流子抽取效率,进而使其组成的FTO/TiO_2/CH_3NH_3PbI_3/P3HT/Au钙钛矿平面异质结太阳能电池的光电转换效率提高至5.95%.

新型太阳电池科技发展与挑战

近年来,各种新型太阳电池技术蓬勃发展,一方面催生了许多新型晶硅太阳电池,电池效率连续突破;另一方面应运而生的新型非硅基太阳电池给整个光伏领域乃至可再生能源产业带来了新的机遇和挑战。本文主要介绍目前市场主流的硅基太阳电池以及同步发展的非硅基太阳电池,论述其原理、现状和面临的挑战,为我国今后在光伏技术领域长期战略布局提供参考。

准平面有机光伏器件的研究进展

有机太阳电池(OSCs)由于具有质量轻、柔韧性好及可大面积生产等优点,已成为太阳电池领域的研究热点.目前,单结OSCs的光电转化效率已突破19%.深入研究活性层薄膜的成膜动力学和热力学对提升有机太阳电池光学性能具有重要意义.同时,开发大面积印刷制备技术有利于推动有机太阳电池的商业化发展.本文总结了基于准平面异质结(PPHJ)结构的OSCs中的代表性成果,重点介绍了准平面异质结结构有机光伏器件中界面工程调控、制备工艺优化等方面的研究进展,并对未来高性能大面积有机太阳电池的发展进行了展望.

钙钛矿太阳能电池的研究进展

利用有机-无机杂化钙钛矿材料制备的太阳能电池具有能量转换效率高和成本低的优点,近年来发展极为迅速,获得了学术界的高度关注。首先总结了钙钛矿材料的光电特性和制备方法,然后重点介绍了钙钛矿太阳能电池的介观和平面异质结构及其研究进展,最后指出了目前电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。