2D钙钛矿太阳能电池的能带调控

经过短短十年的发展,钙钛矿太阳能电池效率已经超过25%,极具商业化价值,这得益于三维(3D)钙钛矿材料具有合适的带隙、吸光系数高、电子迁移距离长等优点。但3D钙钛矿的稳定性依然是其亟待解决的问题。二维(2D)钙钛矿器件除了兼具3D钙钛矿的优异光电性质之外,其稳定性良好,是解决3D钙钛矿太阳能电池稳定性问题的一个可行方案。2D钙钛矿晶格中的疏水性大烷基胺阳离子能阻止湿气侵入的可能路径,使其成为光电器件的备选材料。由于2D钙钛矿对许多不同的有机和无机成分具有较高的耐受性,使其组成具有多样性,进而影响其能带变化。本文对2D钙钛矿的带隙调控及能带调控进行总结,希望对制备高效、稳定的低维度钙钛矿太阳能电池具有一定的指导意义。

基于对氯苄胺的2D/3D钙钛矿太阳能电池

三维(3D)有机-无机金属卤化物钙钛矿薄膜的表面和晶界处存在大量缺陷,容易导致载流子的非辐射复合并加快3D钙钛矿分解,进而影响钙钛矿太阳能电池(PSCs)能量转换效率(PCE)及稳定性。本研究通过引入对氯苄胺阳离子,与3D钙钛矿薄膜及其表面过剩的碘化铅反应后原位形成了二维(2D)钙钛矿,实现了对3D钙钛矿薄膜表面和晶界处的缺陷钝化并改善了表面疏水性。基于该策略,成功制备出具有更高PCE和更好稳定性的2D/3D-PSCs。本工作系统研究了钙钛矿薄膜的结构、形貌和器件的光电特性及稳定性。研究结果表明, 2D/3D-PSCs的PCE高达20.88%,高于3D-PSCs的18.70%。另外, 2D/3D-PSCs连续工作200 h后(1个太阳光, N2氛围), PCE保持初始值的82%,展现出优异的稳定性。

2D卤化物钙钛矿的制备和在LED中的应用研究进展

2D钙钛矿是一种新型光电材料,既有二维材料的特点,又具备钙钛矿材料的特性,已成为材料研究领域的热点,受到广泛关注。本文对2D钙钛矿的制备工艺、成膜质量和发光效率等进行了总结,对2D钙钛矿在LED的应用方面存在的问题及未来的发展前景进行了展望,以期设计出高性能的2D钙钛矿LED。

原位生长2D CsPb_(2)I_(4)Br表面层增强无机CsPbI_(2)Br钙钛矿稳定性及光电性能

提高无机钙钛矿材料的质量和结构稳定性是进一步提高无机钙钛矿太阳能电池光电性能的关键.本文通过表面重构反应在无机CsPbI_(2)Br钙钛矿表面原位生成2D CsPb_(2)I_(4)Br层,形成2D CsPb_(2)I_(4)Br/3D CsPbI_(2)Br双层无机钙钛矿异质结结构.CsPbI_(2)Br钙钛矿表面重构反应引发钙钛矿二次结晶,明显减少了CsPbI_(2)Br钙钛矿缺陷,提高了钙钛矿质量.2D CsPb_(2)I_(4)Br表面层的形成能有效保护CsPbI_(2)Br钙钛矿不受外界侵蚀,显著增强了钙钛矿的稳定性.2D CsPb_(2)I_(4)Br/3D CsPbI_(2)Br双层无机钙钛矿异质结增强了电荷分离和传输,减少了电荷复合.采用2D CsPb_(2)I_(4)Br/3D CsPbI_(2)Br双层无机钙钛矿材料组装的碳基太阳能电池效率达到14.29%,与初始CsPbI_(2)Br钙钛矿电池效率相比提高了29%,而且,CsPbI_(2)Br钙钛矿太阳能电池的稳定性也有了显著提高.空气环境中贮存900 h,未密封电池效率仍能保持初始值的90%以上.

二维钙钛矿结构调控及光物理性能研究进展

传统的三维(3D)有机-无机卤化物钙钛矿经历了前所未有的快速发展。然而,它们对水分、光和热的固有不稳定性仍然是限制其商业化发展的关键问题。相比之下,新出现的二维(2D)钙钛矿因其巨大的环境优势而受到越来越多的关注。然而,对二维钙钛矿的研究还处于起步阶段,其结构和光物理特性仍有待深入探索。首先,介绍了二维杂化钙钛矿的结构;然后,对该结构中有机胺以及无机元素的选择进行比较讨论,并对二维杂化钙钛矿中独特的激子性质、电声耦合以及自旋轨道耦合(SOC)效应等方面的研究进行了总结;最后,根据前文论述指出下一步研究需要解决的问题,以期为将来开发和制备性能更优异的二维钙钛矿光电器件提供参考。

用于太阳能电池的准二维有机无机杂化钙钛矿薄膜的光学性质

介绍了二维钙钛矿的结构以及其对应的独特光激子性质。介绍了光谱中声子的特性,分析了强的电声相互作用可能是以n=3为主的混合二维钙钛矿适合作为光电材料的物理原因。最后,根据前文介绍探讨了需要进一步厘清的问题,以期为优化二维钙钛矿光电材料和器件提供思路。

高效准二维钙钛矿太阳能电池研究进展

由于有机-无机钙钛矿材料具有载流子迁移率大、载流子寿命长和扩散长度大等优点,目前三维(3D)钙钛矿太阳能电池的效率已达到26.2%,可以与硅基太阳能电池相媲美.但是,3D钙钛矿电池的不稳定性成为其工业化的一个障碍.采用二维(2D)钙钛矿代替3D钙钛矿制备太阳能电池是一种有效的方法,但是准2D钙钛矿电池的转换效率远低于3D钙钛矿电池,因此,提高准2D钙钛矿电池的效率是当务之急.本文围绕提高准2D钙钛矿电池效率的主要途径展开讨论,分析了制备高效准2D钙钛矿电池的主要方法,包括:选取合适的间隔阳离子、添加剂工程、优化钙钛矿制备工艺以及组分工程等,为进一步提高准2D钙钛矿电池的效率提供理论依据和指导方向.