上转换发光纳米材料对钙钛矿太阳能电池迟滞效应和离子迁移动力学的影响

迟滞效应是影响钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的重要问题,离子迁移和由此产生的界面离子积累是引起迟滞效应最重要的原因之一。本研究采用上转换发光纳米材料(Upconversion Luminescent Nanoparticles,UCNP)修饰电子传输层/钙钛矿活性层的界面及本征钙钛矿活性层,系统探究了UCNP对钙钛矿的形貌、结构、光谱/光电性能和离子迁移动力学的影响。结果表明:钙钛矿活性层经过UCNP修饰后器件的光电转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)最佳(16.27%),而且迟滞因子(Hysteresis Factor,HF)得到显著改善(0.05)。进一步采用回路切换瞬态光电技术系统探究了钙钛矿太阳能电池不受光生载流子干扰的离子迁移动力学过程,证明UCNP在光电转换过程中起到抑制离子累积和迁移的双重作用:一方面UCNP可以形成阻隔层,阻碍离子累积;另一方面,UCNP可以在退火过程中进入到钙钛矿体相晶界处,阻碍离子迁移,使恢复电压从0.43 V降低到0.28 V。极化诱导缺陷态模型解释了离子-载流子相互作用机制,阐释了UCNP抑制钙钛矿光伏器件迟滞效应的机理。本研究可以为调控钙钛矿太阳能电池迟滞提供一种有效的解决方案。

生物炭负载纳米零价铁对废旧薄膜太阳能电池中稀贵金属富集分离

本研究采用废弃生物秸秆作为原料,通过高温热解制备生物炭。随后,通过加入还原剂将零价铁纳米粒子修饰在生物炭材料上,获得零价磁性生物炭纳米复合材料。基于废旧薄膜太阳能电池中稀贵金属的有效回收问题,利用该复合材料实现了废旧薄膜太阳能电池中稀贵金属铟、镓、硒高效富集与分离。通过实验分析,复合材料对铟、镓、硒富集效率分别为13.5、23.4、18.9 mmol/g,铟、镓、硒加标平均回收率在93.0%~97.4%范围,相对标准偏差<10%,证实该方法在提取和回收废旧薄膜太阳能电池中的稀贵金属方面具有显著优势。

纳米压印技术在太阳能电池中应用的研究进展

对纳米压印技术原理、分类和不同领域的应用进行了简单阐述。总结了纳米压印技术在不同类型的太阳能电池,如晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、聚合物太阳能电池及其他新型太阳能电池中的应用,并重点阐述了纳米压印技术在制备太阳能电池减反膜、图案化衬底、图案化活性层和图案化电极等有效减少太阳能电池表面太阳光反射和大大提高太阳能电池光电转换效率方面的研究进展。最后,针对纳米压印技术在产业化中所面临的困难进行了分析和总结,并提出了纳米压印技术在太阳能电池领域未来的研究重点和发展方向。

TiO_(2)纳米晶空洞光阳极在染料敏化太阳能电池中的光电增效性能研究

以含炭微球作为模板,制备了TiO_(2)纳米晶空洞光阳极用于染料敏化太阳能电池(DSSC),通过调整模板的添加量,实现了空洞数目在光阳极中的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品的形貌和结构。结果表明:基于TiO_(2)纳米晶空洞的DSSC,在标准太阳光强度(100mW/cm^(2))辐照下,最佳的短路电流密度(J_(sc))可以达到18.31mA/cm^(2),开路电压(V_(oc))为0.701V,填充因子(FF)为0.578,电池效率(PCE)达到7.4%,相比基于TiO_(2)纳米晶的DSSC 4.4%的电池效率,提高了68.18%,其中J_(sc)的显著提高是电池效率提升的主要因素。光散射、电子寿命的分析表明,适当的空洞结构可以增加光阳极对可见光的散射作用,通过可见光在空洞结构中的多次反射使染料能被多次激发产生光生电子,从而提升了光捕获效率和电子寿命,最终实现了DSSC性能的提高。

背界面纳米光子结构提高透明导电氧化物基超薄Cu(In, Ga)Se_(2)太阳能电池电学性能的理论探究

透明导电氧化物(TCO)基超薄Cu(In, Ga)Se_(2)(CIGSe)太阳能电池具有建筑光伏一体化的潜力,然而由于背肖特基结的存在,其增大背复合速率S_b在提高空穴传输的同时也增加了光生电子背复合,从而抑制了其性能的提高。本文使用1D-SCAPS软件对背界面纳米光子结构(NPs)如何提高电池的性能进行理论探究,结果表明,背界面NPs的引入产生了复杂的电学效应。一方面,NPs本身不吸收光能,从而降低了背界面附近的有效光吸收体积,导致背界面光生载流子浓度降低,光生电子的背复合显著降低;另一方面,NPs的引入增加了吸收层厚度,导致空间电荷区(SCR)远离背界面,降低了其对光生电子的收集效率,增加了背复合。在高背复合速率(S_(b)=1.0×10^(7)cm·s^(-1))下,光生载流子浓度降低产生的背复合降低大于SCR移动产生的背复合增加,因此总体的背复合降低。与此同时,背复合的降低还缓解了高S_b时的光生电子损耗,从而解除了随S_b增大而增加的背复合对电池性能的抑制。这些发现为设计和优化TCO基超薄CIGSe太阳能电池提供了参考。

通过纳米材料和表面工程提高太阳能电池的效率

太阳能电池作为新能源领域的重要代表,一直受到科研人员的关注。本文针对目前太阳能电池在能量转化效率方面存在的问题,提出利用纳米材料和表面工程的方法来提高太阳能电池的效率。通过对纳米材料在太阳能电池中的应用和表面工程技术在太阳能电池中的作用进行深入分析,可以明确指出这两种方法对太阳能电池效率提升的重要作用。希望通过本文的研究,能够为太阳能电池技术的进一步发展提供参考。

二维MXene材料在太阳能电池和金属离子电池中的研究进展

MXene是一种新型二维材料,具有导电性高、表面官能团丰富、层间距和能带结构可调等特点,从而在新能源器件中拥有重要的研究价值。综述了MXene在太阳能电池和金属离子电池中应用的相关进展。在太阳能电池中,基于MXene高电导率、高透明度和功函数灵活可调的特点,讨论了其在电极和载流子传输层中的相关应用研究,并对MXene功函数调整的策略进行了总结。在金属离子电池中,基于MXene独特的二维层状结构、优异的力学性能和良好的导电性,讨论了MXene作为负极材料以及与碳纳米材料、金属氧化物和硅组成的复合材料对电化学性能的提升作用,并对MXene在正极材料、集流体以及隔膜中应用也进行了介绍。最后对MXene的下一步发展进行了展望。

二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的研究进展

太阳能作为自然界中丰富的可持续清洁能源,可以在解决当前能源短缺问题的同时有效减少因过度消耗化石燃料造成的环境污染问题。近年来,第三代新型薄膜太阳能电池,如染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs)等,凭借其原料丰富、制造成本低廉和光电性能良好等优点而受到广泛关注。然而,新型薄膜太阳能电池器件的电荷传输性能和运行稳定性与正式商用的要求仍有一定差距。二维MXene材料具有比表面积高、表面官能团丰富、导电性优良、功函数可调和亲水性等优点,已成为能源转换领域的研究热点。鉴于此,本文在综述二维MXene材料的结构、光学和电学特性的基础上,阐述了近些年二维MXene材料应用于新型薄膜太阳能电池的研究进展,并重点探讨了二维MXene材料增强太阳能电池光电性能的机制。二维MXene材料可通过作为钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层和电荷传输层的添加剂、修饰染料敏化太阳能电池的光电阳极和制备电极,来调整能带对齐、降低功函数、拓宽吸光范围和形成“柱撑效应”,有效改善器件的光吸收效率、载流子迁移率和电荷提取能力,从而提升器件的光电性能和稳定性。最后,结合目前的研究进展,对二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的发展前景及面临的挑战提出了建议。

金属纳米线透明导电电极应用于钙钛矿太阳能电池的研究进展

对金属纳米线作为透明导电电极材料的优势及该电极应用于钙钛矿太阳能电池领域所取得的成果进行了综述;重点介绍了银纳米线(AgNW)和铜纳米线(CuNW)的合成方法与透明导电电极的沉积方法,以及金属纳米线透明导电电极对于钙钛矿太阳能电池的光电转换效率等光电性能的影响,并综述了两种金属纳米线材料在导电性、稳定性、抗弯折性以及抗氧化性等方面所存在的局限与改进方法;总结了近年来金属纳米线透明导电电极的研究进展及其在钙钛矿太阳能电池透明导电电极领域的研究成果。最后,对于金属纳米线透明导电电极所具备的优势和所面临的挑战进行了总结,并对该领域的未来发展趋势进行了展望。

电纺SnO_(2)∶PVP复合纳米线/带制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

利用静电纺丝技术制备SnO_(2)∶聚乙烯吡咯烷酮(PVP)复合纳米线(NW)和纳米带(NB),然后将其应用到钙钛矿太阳能电池(PSC)来提高器件性能。首先利用静电纺丝和高温氧化制备出表面光滑、分布均匀、覆盖率可控的SnO_(2)∶PVP NW,随后通过溶剂处理展宽得到SnO_(2)∶PVP NB。分别将其作为电子传输层应用于钙钛矿太阳能电池,器件结构为氧化铟锡(ITO)/SnO_(2)/SnO_(2)∶PVP NW(NB)/FAx MA1-xPbIyCl3-y/Spiro-OMeTAD/Ag。研究发现,在纺丝接收时间70 s内,覆盖率随接收时间线性增加。与参考器件相比,覆盖率31%的SnO_(2)∶PVP NW加入钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(PCE)基本没有变化。将溶剂处理后得到的SnO_(2)∶PVP NB加入钙钛矿太阳能电池,其器件的PCE从18.52%提高到20.96%。同时,由于PVP对钙钛矿具有良好的钝化作用,器件的稳定性也得到较大的改善,12天后归一化效率仍然保持在约90%。

通过pH值精细调控氧化镍纳米颗粒粒度提升反式钙钛矿太阳能电池性能

氧化镍作为一种低成本、高稳定性的空穴传输材料,在近些年被广泛地应用在反式钙钛矿太阳能电池中.制备氧化镍空穴传输层最常用的方法是旋涂氧化镍纳米颗粒分散液,因此对氧化镍颗粒粒度以及溶液加工性能提出了很高的要求.本文通过精确控制合成过程中体系pH值,实现了对氧化镍纳米颗粒粒度的调控,进而制备了高质量的氧化镍空穴传输层.实验表明合成体系pH值为9.5—9.8时,可以制得平均粒径为5—10 nm的氧化镍纳米颗粒,并且纳米颗粒具有良好的分散稳定性.此外,通过对氧化镍纳米颗粒进行结构成分分析,发现由pH值调控的粒径变化并不会引起颗粒物质结构和成分的改变.通过表面形貌分析,由pH值调控获得的颗粒可制成致密且具有较小的粗糙度的薄膜,该薄膜展现出良好的空穴抽取能力.基于该薄膜的钙钛矿太阳能电池(MAPbI_(3))获得了17.39%的光电转化效率,并且几乎没有迟滞现象.本文的实验结果表明,通过pH值精细调控氧化镍纳米颗粒粒度可以有效提升钙钛矿太阳能电池的性能.本文的研究有望促进基于高性能氧化镍空穴传输层的钙钛矿太阳能电池研究.

聚吡咯纳米棒的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

聚吡咯具有优异的导电性能和电催化性能,在光电器件领域有广阔的应用前景。本文以甲基橙(MO)为模板,通过化学浴沉积法在氟掺杂的氧化锡(FTO)导电玻璃上可控制备聚吡咯(PPy)纳米棒,并将其用于染料敏化太阳能电池的对电极材料(DSSC)。采用扫描电子显微镜(SEM)及多种电化学测试方法对不同MO用量下制备的聚吡咯纳米棒进行了表征和电催化性分析。结果表明,当MO与吡咯单体的物质的量比为1∶10时得到的聚吡咯对电极的电荷转移电阻(R_(ct))最小,为6.37Ω·cm~2。聚吡咯对电极组装的染料敏化太阳能电池在模拟AM1.5太阳光标准(100 W/cm~2)的照射下,光-电转换效率最高可达5.00%。

CdS量子点敏化TiO_(2)纳米管太阳能电池综合实验

基于高度有序的TiO_(2)纳米管阵列,采用连续离子层吸附反应(SILAR)在TiO_(2)纳米管上沉积了CdS量子点,制备了CdS量子点敏化TiO_(2)纳米管太阳能电池。借助X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对材料的物相、形貌进行了表征。在自然光照射下,使用万用表测试了太阳能电池的短路电流和开路电压,实现了明显的光电转换。本实验原料易得、设备要求简单、知识点多,有利于培养学生查找文献、分析实验数据、科学绘图等综合科学创新能力。

浆料组成对纳米TiO_(2)染料敏化太阳能电池性能的影响

为提高TiO_(2)光阳极染料吸附量和染料敏化太阳电池(DSSC)的光电转换效率。在制备TiO_(2)浆料过程中,加入不同量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、乙酰丙酮、聚乙二醇(PEG 20000),经机械搅拌得到TiO_(2)浆料,采用旋涂法在基底上制备多孔TiO_(2)薄膜阳极,组装成染料敏化太阳电池。采用紫外-可见分光光度计、太阳光模拟器及2400型数字源表测试其紫外可见光吸收光谱以及光电转换效率。利用正交实验探讨了浆料中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、乙酰丙酮和聚乙二醇(PEG 20000)对浆料吸光度及DSSC光电性能的影响。研究结果表明,DSSC光电转化效率最佳的配方为:CTAC:0.6 g,乙酰丙酮:1.2 mL,PVP:0.6 g,PEG 20000:1 g,效率(η)达到4.20%。染料吸附量最佳的配方为:CTAC:0.4 g,乙酰丙酮:1.2 mL,PVP:0.6 g,PEG 20000:1.5 g,吸光度为0.386。由此制得的TiO_(2)光阳极薄膜更优质,光电转换效率和染料吸附量较样本均值有显著提升。

N掺杂对ZnO纳米棒及钙钛矿太阳能电池性能的影响

近年来,由于有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池具有原材料廉价、制作工艺简单、吸收光谱宽和光电转换效率高等优势,吸引了国内外众多研究者的关注。文章以乙酸铵为N源,采用水热法制备N掺杂氧化锌纳米棒(ZnO NRs),并将所得的ZnO NRs作为PSCs的介孔层制备了PSCs。研究了N掺杂量对Zn O NRs形貌和PSCs电池光电性能的影响。由实验可知,当乙酸铵添加量为15%时,所得PSCs光电性能最佳,与未掺杂的电池相比短路电流由19.80 mA/cm^(2)提高到20.15 mA/cm^(2),开路电压由0.93 V提高至1.00 V,填充因子由0.56提高到0.67,光电转换效率由10.21%提高到13.53%,提高了约32%。

阳极氧化法制备二氧化钛纳米管及其在太阳能电池中的应用

介绍了阳极氧化法制备二氧化钛纳米管的技术发展历程,论述了其制备过程及生长机理,探讨了电解液、pH值、氧化电压、氧化时间、氧化温度和后处理方法等因素对TiO2纳米管结构和形态的影响,综述了近几年来利用TiO2纳米管组装染料敏化、量子点和本体异质结等太阳能电池所取得的进展,展望了其未来发展趋势和应用前景.

单晶二氧化钛纳米线的制备及其在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

采用强碱水热法制备单晶二氧化钛纳米线(SCTNW),在高压高温和强碱作用下,二氧化钛颗粒的(010)晶面被NaOH溶液侵蚀,生成钛酸钠(Na2Ti4O9);经过酸洗后,生成钛酸水合物(H2Ti4O9·H2O),钛酸水合物之间通过氢键连接成线状;烧结失水后,最终形成SCTNW.通过透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线能量散射谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段进行表征和测试,分析了SCTNW的形成过程,探讨了水热时间对SCTNW形成的影响;将获得的SCTNW共混在二氧化钛纳米颗粒的胶体中,采用刮涂法在柔性钛箔上制备了染料敏化太阳能电池(DSSC)光阳极,通过扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗谱(EIS)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计和电池光电性能等表征和测试,探讨了SCTNW的共混量对柔性DSSC光电性能的影响.实验结果表明:当共混7.5%(w)的SCTNW时,所制备的柔性DSSC在100mW·cm-2模拟太阳光照下,光电转换效率达到6.48%.

纳米硅薄膜制备及HIT太阳能电池

在较高工作气压（332.5-399Pa）下,采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺制备了优质的本征纳米硅薄膜及掺磷的纳米硅薄膜,并采用X射线衍射（XRD）、拉曼散射（Raman）测试技术对其进行了测试和分析。结果表明纳米硅薄膜的XRD谱中存在（111）（、220）和（331）峰位;Raman谱中显示出其薄膜中的晶粒的大小（2-5nm）符合纳米晶的要求。将制备的纳米硅薄膜初步用于栅极/ITO/n-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/p-c-Si/Al/Ag结构的异质结（HIT）太阳能电池,开路电压（Voc）达404mV,短路电流密度（Jsc）可达到34.2mA/cm^2（AM1.5,100mW/cm^2,25℃）。

敏化TiO_2纳米晶太阳能电池

介绍了敏化TiO2纳米晶太阳能电池的工作原理和表征方法，并对常用的制备工艺、敏化剂的选择、目前达到的水平进行了综述，在此基础上提出了一些值得深入研究的问题。

纳米晶体TiO_2多孔膜的制备、性能及其在太阳能电池中的应用

采用溶胶－凝胶法制备出ＴｉＯ２纳米晶胶体，通过丝网印刷技术直接在导电玻璃基底上制成胶体膜，经烧结处理得到海绵状的厚约１０μｍ纳米晶ＴｉＯ２膜．由于该膜的纳米结构和多孔性使其表面积比密实平整的膜高１０００倍左右．基于纳米晶体ＴｉＯ２半导体多孔膜和具有卓越光性能的有机染料光敏化剂，一种低成本。