有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池S形电流扭结的集总参数等效电路模型

提出一种改进的太阳能电池集总参数等效电路模型,可以实现对S形电流电压曲线的准确拟合。该改进模型使用四个二极管,采用分区和Lambert W函数方法建立结点电压显式算法,获得电流-电压显式方程。与具有多个子电路的电路模型比较,改进模型中加入分流电阻,结构上更加完整。此外,该模型可以描述S形曲线,对较大正向电压下I-V特性第一象限的指数型曲线可实现良好拟合。基于该模型解析求解算法,可避免长时间数值迭代计算,获得满足误差要求的计算结果,利于仿真电路和模型参数提取。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的研究进展

有机-无机杂化钙钛矿材料不仅具有较高的光吸收能力和载流子迁移率,同时具有双极性特征以及合成方法简单等优点,目前已成为最有发展前途的太阳能电池材料,其光电转化效率在7年内从3.8%迅速提升到20%以上,并有进一步提高的空间。简单介绍了钙钛矿材料的结构与性质,综述了钙钛矿太阳能电池的研究进展,指出了目前电池发展中亟需解决的问题及未来的发展方向。

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的研究进展

可溶液加工的高效太阳电池及其活性层材料一直是全世界学术界与产业界关注与研究的热点。近年来,由于优异的光吸收特性和载流子传输能力,以及相对简单的制备方法,具有立体三维结构的有机-无机杂化钙钛矿晶体材料在太阳电池中的应用受到越来越多的关注,并在过去的两年内取得了重大的研究进展。有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的光电转化效率(PCE)纪录被不断刷新,目前已达19.3%,与无机太阳电池相当。主要从有机-无机杂化钙钛矿材料的结构与性质、有机-无机杂化钙钛矿薄膜材料的制备方法、纳米多孔载体结构和平板结构钙钛矿太阳电池、杂化钙钛矿太阳电池的稳定性4个方面,介绍了有机-无机杂化钙钛矿太阳电池近期的研究进展,并对其发展方向进行了展望。

室温下快速合成均质大颗粒有机-无机杂化钙钛矿薄膜

在室温下,采用超声辅助液相法快速合成了有机-无机杂化钙钛矿薄膜。碘化铅和甲基碘化氨的摩尔比为1∶1,通过超声振荡法溶于γ-丁内酯(GBL)溶液,得到黄色透明液体。采用荧光分光光度计对溶液的光发射谱进行表征,发现在495 nm和826 nm出现特征峰;采用滴涂法以及溶剂蒸发来制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜,通过XRD和SEM对薄膜结构和形貌进行分析。结果表明,获得的钙钛矿薄膜是四方晶系,薄膜的晶粒呈现不规则的六边形且尺寸达到微米量级。

一步溶液法制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜

有机-无机杂化钙钛矿薄膜作为太阳电池的光吸收层,其薄膜的形貌、结构以及结晶程度等因素对电池的光电转换效率起到了决定性的作用,而薄膜的质量主要取决于制备工艺。采用一步溶液法制备了有机-无机杂化钙钛矿(CH_3NH_3PbI_3)薄膜,主要分析了在氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃、玻璃和多晶硅3种不同衬底上生长CH_3NH_3PbI_3薄膜的形貌和结构的差异。结果表明,在FTO导电玻璃和玻璃衬底上生长的薄膜的晶粒尺寸和晶粒分布均匀,而在硅衬底上生长的薄膜的边缘晶粒尺寸大于中心处的晶粒,并详细分析了造成这种现象的原因。此外,在50℃的低温下对在FTO导电玻璃衬底生长的CH_3NH_3PbI_3薄膜进行了不同时间的退火处理。实验结果表明,随着热处理时间的增加,晶粒尺寸也增加,但是合成的CH_3NH_3PbI_3薄膜部分发生了分解。

有机无机杂化钙钛矿样品的扫描电镜成像探讨

有机无机杂化钙钛矿(Organic-inorganic hybrid perovskites,OIHP)由于易受电子辐射损伤,在利用电镜对其进行材料学研究分析时具有一定的局限性。在利用透射电镜对其分析时建议使用高加速电压,但在利用扫描电镜分析时有建议用高加速电压,也有建议用低加速电压,观点不一。本研究以有机无机杂化钙钛矿MAPbBr3为代表样品,对OIHP利用扫描电镜成像条件进了探讨。

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池材料的电子辐照降解机制研究与电子显微成像条件探索

有机无机杂化钙钛矿材料由于其优异的光电性能及其在光伏器件中巨大的应用前景,在近年来引起广泛的关注并得到迅速的发展。有机无机杂化钙钛矿材料作为太阳能电池器件中的吸光层,其性能与其微结构密切相关。然而由于其有机无机杂化的性质,通过电子显微镜研究其结构与微结构时,极易受到电子束辐照损伤而降解,而其降解机制尚不明确。本文以典型的有机无机杂化钙钛矿材料MAPbI_3为研究对象,分别在SEM和TEM中通过改变电子束的加速电压与辐照剂量,研究其形貌变化、结构转变及微结构演变,分析不同电压下的降解机制,并探索出低损的成像条件。结果表明,MAPbI_3在SEM的低电压作用下,极易在晶界处产生缺陷并导致薄膜开裂;而在TEM中,60 kV加速电压对MAPbI_3的辐照损伤以电离损伤引起的局部加热为主,并导致相变,而300 kV加速电压导致MAPbI_3降解为PbI_2是较高电压下主要的辐照损伤机制。

喷涂法制备MA1-xCsxPbI3掺杂有机无机杂化钙钛矿薄膜

利用喷涂成膜法,通过优化基底温度、溶剂组成、溶液浓度等条件,得到当基底温度为130℃,溶液体系为纯DMF(N,N-二甲基甲酰胺),钙钛矿质量分数为20%时的掺杂有机无机杂化钛薄膜(MA 1-x Cs x Pbl 3),所制备出的MA 1-x Cs x PbI 3展现出最优的薄膜质量、光吸收性能,晶粒尺寸较大且均匀致密。X射线衍射分析结果表明,喷涂法制备的MA 1-x Cs x PbI 3薄膜可在x达到0.20下仍观测不到杂相(CsPbI 3)。通过对薄膜的形貌分析和光学特性分析可知,MA 0.9 Cs 0.1 PbI 3具有晶粒尺寸大、可见光吸收性能好的特性。制备得到的MA 0.9 Cs 0.1 PbI 3薄膜较MAPbI 3薄膜的热稳定性有所提高。

无机电荷传输层在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中的应用及研究进展

近年来,基于有机-无机杂化钙钛矿材料为光活性层构建的太阳能电池由于具有直接带隙、吸光系数高、激子束缚能低、激子和载流子扩散距离长,以及成本低、制备工艺简单、光电转换率高、易于实现大面积柔性器件等优点,而成为当今新型光伏技术中一颗耀眼的新星。在钙钛矿太阳能电池中,电荷传输层在提高光电转换效率、稳定性及寿命等方面扮演着非常重要的角色,其中无机电荷传输层因具有载流子迁移率高、稳定性好、制备工艺简单等优势越来越受到人们的关注。本文总结了无机电荷传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用,详细介绍了各种无机电子/空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中的研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

无铅和少铅的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展

基于有机-无机杂化卤化铅材料的钙钛矿太阳电池的转换效率在短短几年内已迅速突破22%,为未来能源问题的解决带来了曙光,同时也引起了高度重视.但紧随其后的商品化、产业化发展需求极大地增加了对绿色、无毒的高效无铅钙钛矿太阳电池进行研究和开发的重要性和紧迫性.为进一步加快环境友好型钙钛矿太阳电池的研发进度,对目前无铅和少铅钙钛矿太阳电池的发展现状进行了综述.着重讨论了替代元素种类及其浓度、制备工艺等对薄膜和电池性能的影响,以期对电池的工作机理、替代元素的作用机理有更加深刻的认识,为新型环保、高效的钙钛矿太阳电池的制备提供指导.

有机-无机杂化钙钛矿中的自旋输运和磁场效应

有机-无机杂化钙钛矿(OIHPs)是现阶段较为新颖的光电子材料之一,已被广泛地应用于太阳能电池和发光领域。然而,该类材料已被证实具有较强的自旋轨道耦合和Rashba效应,并且具备较高的载流子迁移率和消光系数。因此,这为实现自旋注入和自旋调控提供了重要依据。本文从三个方面对有机-无机杂化钙钛矿的自旋光电子学展开论述,首先是自旋极化电子在钙钛矿自旋器件中的输运研究以及铁磁-钙钛矿自旋界面研究;其次,是该材料在激发态下的磁场效应研究;最后,就钙钛矿自旋光电子学未来发展进行了探讨和评论。

2D有机-无机杂化钙钛矿材料光伏性能优化研究进展

2D有机-无机杂化钙钛矿材料是通过在3D钙钛矿材料中引入大分子有机插层而形成的,具有高度的垂直生长取向和优异的表面形貌,以及良好的湿度、光、热稳定性等优点,已在太阳能电池领域受到广泛关注。综述了近几年2D有机-无机杂化钙钛矿材料光伏性能的优化策略,详细阐述了L位有机阳离子优化、无机层层数调控、表面形貌及取向优化、2D/3D钙钛矿异质结构构建等方法对2D杂化钙钛矿材料光伏性能的影响,并对2D有机-无机杂化钙钛矿材料发展方向进行了展望。

基于金纳米粒子增强有机-无机杂化钙钛矿放大自发辐射

有机-无机杂化钙钛矿作为激光的增益介质时,存在室温时纳秒脉冲或连续激光作用下的光泵浦器件不稳定、难以实现电泵浦激光等问题.通过将金纳米粒子水溶液和PEDOT∶PSS溶液共混的方法,将20nm尺寸的金纳米粒子掺杂至光泵浦平面波导器件的界面层PEDOT∶PSS中,掺杂了金纳米粒子的平面波导器件(以CH_3NH_3PbBr_3为增益介质)的放大自发辐射绝对强度相对于没掺杂金纳米粒子的器件提升了5.5倍.实验结果表明,金纳米粒子的引入,一方面提升了CH3NH3PbBr3薄膜的吸收,增加了粒子反转数目,另一方面加快了激发态激子的辐射跃迁速率.仿真分析表明,金纳米粒子的近场和远场复合表面等离激元可有效耦合增益介质光吸收/发射主区域,从而提高了平面波导器件的放大自发辐射性能.研究结果可为高效泵浦激光的实现提供参考.

气相沉积法制备有机—无机杂化钙钛矿研究进展

有机—无机杂化钙钛矿材料(简称钙钛矿)因其具有光吸收系数高,电荷扩散长度大,吸收光谱较宽等特点而成为极具潜力的太阳能电池吸光层材料,引起了科学界的广泛关注。2009年至今,基于钙钛矿的太阳能电池的转换效率已经从3.8%提高至20.2%,效率的快速提升得益于钙钛矿薄膜制备方法的不断改进和创新。本文评述了气相沉积法制备钙钛矿薄膜的研究进展,重点分析了溶液—气相沉积法和化学气相沉积法对薄膜物性的调控及其所制备出的薄膜在电池应用中效率,并对比分析了几种气相沉积方法各自的优缺点,提出了未来在钙钛矿薄膜制备方面应当关注的主要问题。

有机-无机杂化钙钛矿材料的本征稳定性

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已逾24%,效率的飞速提升加之可低成本溶液法制备的市场优势,使人们越来越期待钙钛矿太阳能电池的商业化.目前钙钛矿太阳能电池商业化所面临最大的障碍是材料乃至器件的长期不稳定性,这使其无法在使用寿命上与已商品化的硅基等太阳能电池匹敌.本文从化学不稳定性和相不稳定性两个层面剖析了有机-无机杂化钙钛矿材料本征不稳定性的问题,并从组分设计及制备工艺等角度给出了提高钙钛矿太阳能电池器件稳定性的相关建议.

层状有机-无机杂化钙钛矿(C_7H_(12)N_2)PbBr_4的合成、结构及发光性质

通过向杂化体系中引入特殊的有机配体2-(2-氨基乙基)吡啶,利用溶液冷却技术,合成了一种二维层状有机-无机杂化钙钛矿结构材料的化合物(C7H12N2)PbBr4的晶体。X射线单晶衍射结果表明,化合物(C7H12N2)PbBr4的单晶结构属于正交晶系,Pbca空间群,a=1.7023 nm,b=0.8289 nm,c=2.022 4 nm,Z=8。无机部分是由共顶点的PbBr6金属卤化物八面体组成的二维平面片层。采用了相对扭曲构型的有机胺阳离子与二维无机片层通过氢键作用组成了杂化钙钛矿结构。对其光学性质进行了测试。荧光光谱的特征发射峰出现在422 nm处。

二维有机-无机杂化钙钛矿非线性光学研究进展(特邀)

自从钙钛矿材料问世以来,有机-无机杂化钙钛矿材料在近数十年的时间得到了蓬勃发展。二维(2D)有机-无机杂化钙钛矿是由典型的无机八面体框架以及不同的有机阳离子构成,其具有本征的量子阱结构和有趣的光电特性,也因此在发光、传感器、调谐、光伏体系以及通讯设备等领域引起了人们的密切关注。低成本、可溶液法制备、以及可替换的有机阳离子等特性使二维杂化钙钛矿在光学和光子应用中具有灵活的层间距,层数和可变的晶格扭曲,从而实现可调节的框架以及在光学和光子学应用中的高调节度。尤其地,它们也表现出突出的二阶、三阶和高阶非线性光学特性,例如在激光脉冲激发下的二次谐波产生(SHG)、太赫兹、双光子吸收(2PA)和饱和吸收(SA)和三光子吸收(3PA)等。讨论了具有不同结构特点的二维杂化钙钛矿的构建,并重点介绍了这些二维杂化钙钛矿在线性和非线性光学领域地特性和应用。最后,对二维杂化钙钛矿的研究现状进行了评估,并对其未来发展进行了展望。

离子液体对低维层状有机-无机杂化钙钛矿薄膜和器件性质的影响

概述了有机-无机杂化钙钛矿以及杂化钙钛矿太阳能电池的结构。归纳了离子液体的特性以及离子液体在三维杂化钙钛矿太阳能电池中的应用。随后介绍了不同的离子液体对低维层状钙钛矿薄膜和器件性质的影响,并着重介绍了离子液体作为有机间隔层在低维层状杂化钙钛矿太阳能电池中的应用。最后针对离子液体在应用中存在的问题及未来这一领域的研究方向进行了讨论。

有机-无机杂化钙钛矿光电子器件的钝化技术研究进展(续)

3从分子层面设计稳定钙钛矿薄膜虽然封装已被证明是一种有效的提高钙钛矿光电子器件寿命的方法,但它是一种后处理方法,在封装之前仍会发生材料降解。因此,寻找解决钙钛矿制作阶段稳定性问题的新策略至关重要。通过使用化学添加剂修饰界面,与钙钛矿材料反应生成稳定的氢键或疏水性官能团,使钙钛矿自身稳定性得到了改善。

碳量子点修饰对有机-无机杂化钙钛矿阻变性能的影响

通过在前驱体中添加碳量子点(CQD),制备了具有不同晶粒尺寸的有机-无机杂化钙钛矿CH_(3)NH_(3)PbI_(3)(MAPbI_(3))薄膜,并以金(Au)和氟掺氧化锡(FTO)为电极制备了具有Au/CQD-MAPbI_(3)/FTO结构的阻变器件.测试了CQD掺杂浓度对器件阻变性能的影响,并分析了其物理机制.结果表明:通过优化CQD掺杂质量浓度可以提升器件开关比,降低器件运行电压的波动.基于导电通道模型,器件阻变性能提升的可能原因为晶界主导的碘离子迁移随机性降低,导电通道结构简化.