以Spiro-OMeTAD作为空穴传输层的ZnS/SnS太阳能电池模拟研究

硫化亚锡(SnS)因其合适的电学和光学特性而被作为太阳能电池的吸收层进行研究。Spiro-OMeTAD常用作空穴传输层以提高太阳能电池性能。本文采用wxAMPS软件对SnS基太阳能电池ZnS/SnS/Spiro-OMeTAD进行模拟研究。主要研究分析Spiro-OMeTAD空穴传输层对太阳能电池性能的影响,其中包括:开路电压、短路电流密度、填充因子、光电转换效率及量子效率。研究结果表明:在加入Spiro-OMeTAD空穴传输层后,ZnS/SnS/Spiro-OMeTAD太阳能电池的开路电压(V_(OC))增加至0.958 V,短路电流(J_(SC))增加到32.96 mA/cm^(2),填充因子(FF)和光电转换效率(PCE)分别达到了79.26%和25.07%,电池性能取决于电池各层厚度、掺杂浓度、缺陷态密度及工作温度。通过研究表明Spiro-OMeTAD作为空穴传输层,有利于提高太阳能电池的各性能,并且ZnS/SnS/Spiro-OMeTAD是一种十分具有发展潜力的光伏器件结构。

BaSnO_(3)电子传输层在量子点太阳能电池中的应用

电子传输层作为新型薄膜太阳电池重要组成部分承担光生电子的传输角色。研究通过简单共沉淀法合成尺寸分布较好的三元BaSnO_(3)(简称BSO)纳米晶,考察了不同热处理温度对BSO相形成影响规律,XRD测试结果表明:升高温度有利于降低纳米晶中碳酸钡等杂质含量,提高BSO纳米晶相纯度。将合成的BSO纳米晶首次作为电子传输层材料应用于PbS胶体量子点太阳能电池中,在1200℃(2 h)条件下合成的BSO纳米晶对应器件性能优于商业TiO2纳米晶对照组,这主要得益于BSO/PbS量子点界面电荷的高效萃取和低复合。对应同批次最佳器件的性能为:Jsc=25.199 mA·cm^(−2)、Voc=0.480 V、FF=0.534及PCE=6.454%,且表现出良好的工作稳定性。该工作证实BaSnO_(3)纳米材料可作为量子点太阳电池电子传输材料使用,为今后进一步提升同类型器件的性能提供参考。

CuSCN复合空穴传输层优化高性能二维钙钛矿太阳能电池

研究了P型材料掺杂材料硫氰化铜(CuSCN)对二维(2D)钙钛矿太阳能电池的聚丙烯酰胺(PTAA)空穴传输层性能的影响,发现添加CuSCN可以提高PTAA的空穴传输能力,从而改善器件的电流密度和填充因子。进一步地,探讨了不同掺杂浓度的CuSCN对器件载流子转移过程的影响,与未掺杂CuSCN的基准二维钙钛矿太阳能电池相比,基于2%CuSCN掺杂的空穴传输层的器件具有最佳的性能(最高光电转换效率从10.5%大幅提高到12.9%)。改善的主要原因是短路电流密度(由16.7到18.3 mA/cm^(2))和填充因子(由59.1%提升至66.3%)的显著提高,这说明掺杂CuSCN有利于提高PTAA的空穴传输能力和二维钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

基于不同材料空穴传输层的FaSnI 3太阳能电池的研究

近年来,钙钛矿太阳能电池在光伏领域中深受科研人员的广泛关注。为了探索出高效稳定的太阳能电池,本文通过对不同材料空穴传输层的FaSnI_(3)太阳能电池进行研究,利用太阳能电池电容模拟器SCAPS对CUI、PEDOT:PSS和Cu_(2)O三种空穴传输层的FaSnI_(3)太阳能电池进行仿真模拟,然后对得到的数据进行分析。结果表明当FaSnI_(3)太阳能电池的空穴传输层发生变化时,其性能也会发生变化,填充因子和光电转换效率与初始模型的填充因子和光电转换效率相比都有提高。还通过研究得出,CUI和Cu_(2)O作为空穴传输层时,其太阳能电池光电转换效率的提高与空穴迁移率无关,随着空穴迁移率从0.001cm 2·vs^(-1)—100cm^(2)·vs^(-1)的增加,三种材料的FaSnI_(3)太阳能电池在空穴迁移率大于1cm^(2)·vs^(-1)时,其填充因子和光电转换效率不再发生变化,趋于稳定。

基于氧化石墨烯空穴传输层的钙钛矿太阳能电池

采用溶液旋涂法在平面异质结型钙钛矿电池中引入氧化石墨烯(Graphene oxide,GO),制备了GO、GO∶(PEDOT:PSS)复合薄膜和GO/PEDOT∶PSS双层薄膜作为空穴传输层的电池,其光电转换效率分别为1.86%、7.35%、7.69%,基于PEDOT∶PSS空穴传输层的对照电池的效率为7.38%.主要原因是GO具有绝缘性,作为阳极界面层时,随着GO薄膜厚度增加,器件的串联电阻增大,从而降低了电池的短路电流和效率.为提高GO导电性,并改善其功函数,将GO氨化改性后与PEDOT:PSS组合构成双空穴传输层,所得电池取得了7.69%的较高效率,表明该方式是GO用于钙钛矿电池空穴传输层的有效途径.

全无机CsPbBr_(3)钙钛矿太阳能电池中载流子传输材料的研究进展

在全无机CsPbBr_(3)钙钛矿太阳能电池中,电子和空穴传输材料的引入能有效提高器件光电转化效率,同时电子和空穴传输层的化学性质及其界面也会对电池稳定性产生较大影响.本文总结了电子和空穴传输材料在该类电池中的研究现状和热点,并详细地介绍了电子和空穴传输材料在全无机CsPbBr 3钙钛矿太阳能电池中的作用和近来的最新进展.

二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用

开发新型无机空穴传输层材料是钙钛矿电池实现商业应用的重要挑战之一。本文开展了二硫化钨纳米片制备及其钙钛矿太阳能电池空穴传输层应用研究。采用液相超声剥离法成功制备了WS 2纳米片,并将其引入钙钛矿太阳能电池中用作空穴传输层。结果表明,当WS 2纳米片溶液浓度为1 mg/mL时,制备的WS 2纳米片空穴传输层具有较合适的厚度,并且后续在其上生长的钙钛矿活性层成膜质量高、结晶性能好,电池取得6.3%的光电转换效率。结果证实WS 2纳米片可作为新型无机空穴传输层材料用于钙钛矿太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池中NiO_(x)空穴传输层的研究进展

半导体氧化镍(NiO_(x))价格便宜、空穴迁移率高、化学稳定性好且可低温制备,由其作为空穴传输层(HTL)制备的反式钙钛矿太阳能电池极具市场应用前景。NiO_(x) HTL的制备与优化对电池器件的性能至关重要。系统介绍了钙钛矿太阳能电池中NiO_(x)薄膜的制备工艺及其研究进展。阐述了O_(2)-plasma、紫外、表面钝化等后处理方式对NiO_(x)薄膜的缺陷态、表面化学状态以及材料功函数的调控影响。重点综述了掺杂(过渡金属、碱金属、稀土元素掺杂和元素共掺杂)对NiO_(x)薄膜光学和电学性能以及器件光电性能的影响。最后对NiO_(x)基钙钛矿太阳能电池的未来发展方向进行了展望。

氧化钼空穴传输层在有机太阳能电池中的研究进展

有机太阳能电池是一类具有前途的解决能源和环境问题的太阳能电池。其中有机太阳能电池中的空穴传输层对器件性能起着重要的作用。氧化钼因无毒、高功函等优点,在有机太阳能电池中作为空穴传输层得到了广泛的应用研究。从氧化钼的制备和器件结构方面综述了氧化钼在有机太阳能的研究成果,初步展望了其以后的发展方向。

基于无机空穴传输层的CsPbI_(3)太阳能电池研究

目的:为了探索稳定高效的钙钛矿太阳能电池,对基于无机空穴传输层的CsPbI_(3)电池进行器件模拟。方法:利用太阳能电池模拟软件SCAPS-1D,首先对基于不同空穴传输层的单结CsPbI_(3)电池进行比较分析,然后在此基础上构建CsPbI_(3)/Si叠层电池。结果:发现由于Cu_(2)O与CsPbI_(3)能带匹配合适且其空穴迁移率高,基于Cu_(2)O的单结CsPbI_(3)太阳能电池性能最佳。其与异质结硅电池构成的叠层电池的最佳效率高达~28.20%。结论:这些结果表明基于无机空穴传输层的CsPbI_(3)电池是实现稳定高效钙钛矿太阳能电池的一种可能的途径。

CuI空穴传输层提高聚合物太阳能电池J_(sc),V_(oc)及FF的研究（英文）

针对碘化铜在器件中既是空穴传输层,又是电子阻挡层的特点,提出在PCDTBT、PC70BM聚合物太阳能电池中引入了碘化铜(CuI)传输层。将碘化铜淀积到顶电极银和聚合物材料之间,有效地提高了器件的空穴传输能力。实验优化了碘化铜传输层的厚度,研究了不同顶电极对聚合物太阳能电池的影响,证明了碘化铜能够同时提高电池的短路电流密度、开路电压和填充因子,因此得到了效率显著提高的太阳能电池。对于使用金电极的电池,碘化铜厚度为3nm时,电池效率从0.67%提高到5.47%,当进一步提高碘化铜厚度时,对于金、银两种电极,电池效率均由于阻挡效应而下降。实验结果表明,碘化铜是PCDTBT、PC70BM聚合物太阳能电池的一种有效的传输层材料。

以ZnO纳米棒阵列为电子传输层的无空穴层有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池

近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速,其光电转化效率(PCE)已提升至23.3%,成为当今太阳能电池领域无可争议的研究焦点。研究发现,PSCs结构组成与性质对光电性能影响显著。其中,电子传输层的形貌结构不仅影响钙钛矿晶体的成长,同时也决定了电子扩散系数和电子寿命。本工作将ZnO纳米棒阵列(Nanorods array,NRAs)作为电子传输层,应用于无空穴传输层的基于碳对电极的杂化钙钛矿太阳能电池中。通过水热法制备了不同长度的ZnO NRAs,经测试发现,对应的钙钛矿电池的PCE随ZnO NRAs长度的增加呈先升高后下降的趋势,当ZnO NRAs长度为454nm时,PCE最优为6.18%。

基于磷钼酸和纳米氧化钼的复合空穴传输层材料及其在有机太阳能电池中的应用

围绕着开发可溶液法加工非聚(3,4-乙烯二氧噻吩单体):聚苯乙烯磺酸钠(poly(3,4-ethylendioxythiophene):poly(sodium-p-styrenesulfonate),PEDOT:PSS)电极界面修饰材料的核心目的,研究了基于磷钼酸(phosphomolybdic acid,PMA)和纳米氧化钼(Mo O3)复合物的新型空穴传输材料.通过将PMA溶液和Mo O3纳米粒子溶液进行混合,制备了复合墨水(PMA:Mo O3).该复合墨水在有机活性层表面具有很好的浸润性和成膜性.利用PMA:Mo O3复合空穴传输层(hole transport layer,HTL)制备的倒置P3HT:PC61BM光伏器件的开路电压和填充因子(fill factor,FF)均比基于单一PMA或Mo O3制备的器件有所提升.进一步优化了PMA:Mo O3复合墨水中两个组分间的比例,发现当复合墨水中Mo O3的含量为66%时,器件性能达到最优,其光电转换效率(power conversion efficiency,PCE)为3.71%.成功验证了利用金属氧化物与多金属氧簇(polyoxometalate,POM)复合物作为电极界面缓冲层制备有机太阳能电池的可行性,为开发新型电极界面修饰材料提供了一个新的研究思路.

基于吡嗪空穴传输层的合成及在p-i-n型钙钛矿太阳能电池中的应用

钙钛矿太阳能电池由于具有高的光电转换效率,简单的溶液加工工艺,较低的成本等优势因而拥有广阔的应用前景。有机小分子空穴传输层材料在钙钛矿太阳能电池中扮演着极其重要的角色。在本工作中,我们设计和合成了基于吡嗪为分子中心核,三苯胺为分枝的X型空穴传输层材料PT-TPA。与Si-OMeTPA对比,吡嗪的引入不仅不会影响其结晶性,并且能够改善其电荷转移特性和分子中心共平面性,从而显著提升了PT-TPA的空穴迁移率。在非掺杂的情况之下,基于PT-TPA空穴传输层的p-i-n型钙钛矿太阳能电池展现出17.52%的光电转换效率,与相同条件下基于Si-OMeTPA空穴传输层的器件相比,效率提高了近15%。

有机太阳能电池PEDOT∶PSS空穴传输层及其改性的研究进展

有机太阳能电池具有低成本、轻量化、柔性化等优点,是未来对太阳能合理有效利用的最佳方式之一。空穴传输层作为有机太阳能电池的关键组成部分,具有调节OSCs活性层与电极间的能级势垒、提高空穴载流子的收集与传输、OSCs的稳定性与光伏转换效率的作用。聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)是目前广泛使用的有机太阳能电池空穴传输层材料,具有可溶液加工、高透光性、能级匹配等突出优点,但同时也存在电导率低、腐蚀电极、水/氧敏感等缺陷。目前针对PEDOT∶PSS缺陷的改性方法主要有通过使用有机溶剂或酸处理,减弱PEDOT与PSS间的相互作用,促进PEDOT与PSS相分离提高电导率,以及掺杂高导性材料、离子液体和盐等方式提高PEDOT∶PSS的介电常数;引入交联剂等方式提高PEDOT∶PSS的疏水性,降低吸水性倾向;PEDOT∶PSS显酸性,而在PEDOT∶PSS与电极间插入修饰层,可避免PEDOT∶PSS与电极直接接触引起电极的腐蚀。本文综述了近年来改善PEDOT∶PSS电导率、酸性以及水和空气敏感性的各种方法:掺杂、复合及补充修饰层等后处理方法。目前改性方法虽然可以克服PEDOT∶PSS存在的某一缺陷,但不同后处理工艺差别巨大,工艺通用性受到限制。同时,本文还讨论了改性PEDOT∶PSS与电池性能之间的关系,阐述了PEDOT∶PSS的改性原则;提出在制备阶段调控PEDOT与PSS的相分离的前处理方法且该方法可以改善PEDOT∶PSS膜的形貌与均匀性,亦可弥补目前的后处理方法的不足,以及改变PEDOT链的构象,来克服PEDOT∶PSS低电导率、水和空气敏感、腐蚀电极等缺陷,促进基于PEDOT∶PSS有机太阳能电池大面积生产工艺的产业化。

利用石墨烯基空穴传输层提升有机太阳能电池性能

近年来,有机太阳能电池(OSCs)由于能有效利用太阳能且具有成本低、柔性、便携、质量轻等优势而受到极大关注。有机太阳能电池由三部分组成,分别为活性层、界面层(电子传输层和空穴传输层)和电极。界面层的存在对器件性能有极大的影响,合适的界面层可以有效促进电荷提取和光传输。然而,界面层材料存在制备方法复杂、成本较高、稳定性较差等问题,限制了有机太阳能电池的商业化应用。因而,设计制备可溶液加工、低成本、稳定的高效有机太阳能电池仍是一项重大的挑战。本研究采用Hummers法制备氧化石墨烯(GO)材料用作OSCs的空穴传输层,以提高OSCs器件的光电转换效率,并改善器件的稳定性。采用透射电镜(TEM)、X射线电子衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)等测试方法对GO进行形貌表征和结构分析;利用紫外吸收光谱(UV-Vis)对GO进行光学性能分析;通过J-V测试表征电池器件的性能。结果表明,所构筑的GO作空穴传输层的有机太阳能电池器件,以PBDT-BDD:PC71BM为活性层,器件效率为7.97%,与传统的PEDOT:PSS为空穴传输层的器件效率(7.9%)相近。同时,以GO作空穴传输层的有机太阳能电池器件稳定性较以传统PEDOT:PSS为空穴传输层的器件稳定性明显提高,放置80d后器件效率维持在原效率的83%,而传统PEDOT:PSS器件效率仅为初始效率的45%。这些结果都说明了GO能够作为有机太阳能电池的空穴传输层,促进实现高稳定性、低成本的器件。

基于氧化石墨烯空穴传输层的平面异质结钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池中传统空穴传输层Spiro-OMeTAD存在昂贵、易污染环境且制备困难等缺点,本工作采用氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)作为空穴传输层,研究了不同浓度GO溶液制备的衬底对器件光电性能的影响。首先,采用旋涂法制备了GO薄膜,通过对分散液浓度的控制获得了不同厚度的GO衬底。其次,制备了结构为ITO/GO/CH_(3)NH_(3)PbI_(3)/PCBM/Ag的平面型器件,对不同GO衬底的器件的光电性能进行表征及对比分析。研究表明:GO衬底缺陷会抑制CH_(3)NH_(3)PbI_(3)晶粒的择优取向生长,形成可诱导CH_(3)NH_(3)PbI_(3)晶粒产生横向聚集的籽晶,从而改善钙钛矿薄膜的成膜性,并增大钙钛矿晶粒尺寸。由浓度为0.25 mg/mL的分散液制备的GO薄膜衬底上生长的钙钛矿晶粒尺寸最大为900 nm。此外,该浓度对应的GO衬底上制备的钙钛矿薄膜的光致发光相对强度峰值为2000,电荷转移效率相对最高,为52.8%。由该衬底制备的GO基钙钛矿太阳能电池的光电转化效率最高可提升至8.69%。

P3HT为空穴传输层的碳基钙钛矿太阳电池

碳电极具有成本低、印刷方便、可有效隔离水氧等优点,因此有望利用碳电极材料实现低成本、高稳定性的钙钛矿太阳电池。无空穴传输层的传统碳基钙钛矿太阳电池面临着空穴提取率低、电子逆向传输,钙钛矿和碳电极界面的载流子复合等问题。文章引入聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为器件的空穴传输层,使碳基钙钛矿太阳电池ITO/SnO2/MAPbI3/P3HT/Carbon的光伏性能得到了显著改善:器件的光电转化效率从11.16%提高到13.37%。在氮气环境下,连续光照1 000h,太阳电池的光电转化效率可保持初始值的87%,而传统器件在光照500h后,其光电转化效率已下降至初始值的60%。

复合钙钛矿太阳能电池电荷传输层材料研究进展

有机无机复合钙钛矿太阳能电池因具有适合的载流子扩散长度而成为备受关注的有望获得高效率的光伏器件。复合钙钛矿材料本身不含贵金属元素,可以采用液相法或物理气相法低温制备,成本低廉,但目前应用最多的电子传输层材料TiO2需400~500℃煅烧,与柔性基底及低温制备技术适应性差;空穴传输层材料SpiroOMeTAD合成工艺复杂,价格高昂,限制了复合钙钛矿太阳能电池的开发应用。开发和研究导电性好、成本低、稳定性好的电子和空穴传输层材料是复合钙钛矿太阳能电池研究中的一个非常重要的方面。综述了复合钙钛矿太阳能电池中电荷传输层材料的研究进展及发展方向。电子传输层材料方面通过对TiO2的改性以及与石墨烯的复合,采用ZnO、石墨烯或PCBM作为电子传输层材料,以与柔性基底及低温制备技术相适应。空穴传输层材料方面,采用其它低成本、导电性高的有机p型半导体替代spiro-OMeTAD;采用无机空穴传输层材料以避免有机空穴传输层材料的老化问题,提高电池的长期稳定性;利用复合钙钛矿材料兼作吸收层与空穴传输层,制备无空穴传输层材料结构电池以降低成本,提高稳定性。

基于P3HT空穴传输层的碳基无机CsPbIBr2钙钛矿太阳电池

钙钛矿太阳电池是近年来快速兴起的第三代太阳电池,其中热稳定性优异、成本低、带隙超过2.0 eV的CsPbIBr2无机钙钛矿太阳电池效率已经突破11%,应用前景广阔。目前,大部分研究都集中在无空穴传输层的碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳电池,较低的开路电压和填充因子是限制效率提升的主要原因。本文将溶液法制备的3-己基聚噻吩(P3HT)空穴传输层应用于CsPbIBr2钙钛矿太阳电池,提高了内建电势,改善了载流子输运,减少了载流子复合,实现了电池开路电压、填充因子的改善和能量转换效率的提升,丰富了CsPbIBr2钙钛矿太阳电池的载流子输运机理和效率提升途径,具有一定的推广意义。