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。

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.

气相沉积全无机钙钛矿传输层和发光层提高红光钙钛矿发光二极管性能

在PEDOT∶PSS空穴传输层上气相沉积了CsPbBr_(3)和CsPbBrI_(2)全无机钙钛矿传输层和发光层,以PEDOT∶PSS/CsPbBr_(3)作为双空穴传输层,显著提高了基于CsPbBrI_(2)发光的全无机红光钙钛矿发光二极管(Perovskite light emitting diodes,PeLEDs)性能。相比基于PEDOT∶PSS空穴传输层的PeLEDs器件,其亮度、电流效率和外量子效率提升幅度分别达到了44%、157%和180%。器件性能提升一方面归因于PEDOT∶PSS/CsPbBr_(3)双空穴传输层的能级匹配提高了空穴传输效率,并有效抑制了PEDOT∶PSS酸性导致的激子猝灭;另一方面归因于生长在CsPbBr_(3)传输层上的CsPbBrI_(2)发光层具有更好的薄膜结晶质量。在PeLEDs中通过气相沉积生长传输层和发光层是一种简单有效的制备方案,在提高气相沉积全无机PeLEDs的性能方面有巨大潜力。

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。

CuO_x空穴传输层用于钙钛矿太阳能电池

在氧化铟锡(ITO)玻璃导电基底上,通过电化学沉积制备CuO_x薄膜。产物的最高已占轨道(HOMO)能级和最低未占轨道(LUMO)能级分别是-5.31 eV和-3.30 eV,与钙钛矿CH_3NH_3PbI_3的能级匹配。将产物作为空穴传输层,采用反向平面结构:ITO/CuO_x/CH_3NH_3PbI_3/C_(60)/2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉(BCP)/Ag制作钙钛矿太阳能电池,获得最高13.0%的光电转换效率,其中开路电压为0.99 V,短路电流密度为20.2 m A/cm^2,填充因子为65%。

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。

空穴传输层的厚度对石墨烯基有机发光二极管性能的影响

以石墨烯作为透明阳极、以1,1-双[4-[N,N-二(对甲苯基)氨基]苯基]环己烷(TAPC)作为空穴传输层,用蒸镀法构建柔性绿光OLED器件,研究了蒸镀速率对TAPC层形貌的影响和TAPC层的厚度对器件性能的影响。先控制蒸镀速率分别为0.05、0.1和0.15 nm·s^(-1)制备了厚度为60 nm的TAPC膜层,蒸镀速率为0.05 nm·s^(-1)的TAPC膜层其表面粗糙度(2.52 nm)最低。随后在保持其他材料层厚度不变的情况下,以0.05 nm·s^(-1)的蒸镀速率分别制备了厚度为50、60、70和80 nm的TAPC膜层并构建了OLED器件。对比研究发现,TAPC层厚度为70 nm的器件性能最佳,其最大亮度达到34350 cd·m^(-2),最高外量子效率(EQE)达到21.02%。该器件还具有优异的柔韧性,是色坐标位于(0.3140,0.6386)的标准绿光OLED器件。

钙钛矿太阳能电池界面缺陷及其抑制方法

目前,绝大多数高效有机-无机卤化物钙钛矿(OIHP)太阳能电池都是由多晶钙钛矿薄膜构成,这些多晶薄膜表面或晶界往往含有大量的缺陷,将导致光生载流子发生非辐射复合,并诱导OIHP材料分解,从而使器件的光电转换效率(PCE)和稳定性降低。本综述分析了钙钛矿太阳能电池的缺陷类型及缺陷对钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能的影响,详细介绍了通过钝化电极与传输层,或传输层与钙钛矿层间的界面缺陷以获得更高效率和高稳定性的钙钛矿太阳能电池方面的研究进展,展望了钝化分子的设计思路及钙钛矿光伏商业化应用所面临的挑战。

氧化镍基柔性钙钛矿太阳电池的研究进展

基于柔性衬底材料制备的柔性钙钛矿太阳电池(F-PSC)具有高效率、轻量化等优点,为航空航天、光伏-建筑一体化等领域的发展提供了新的可能性。近年来,以p型氧化镍(NiO_(x))作为空穴传输层(HTL)的单结倒置F-PSC的最佳光电转换效率(PCE)为21.3%,串联的PCE甚至达到了24.7%,显示了其良好的商业化前景。这主要是由于NiO_(x)具有较好的导电性,可忽略的J-V滞后效应和良好的稳定性。介绍了近年来有关基于柔性衬底的NiO_(x)的制备方法,掺杂对NiO_(x)空穴传输层结构、电学和光学性能的影响,以及NiO_(x)与钙钛矿之间的界面钝化方面的研究进展,并对基于NiO_(x)的F-PSC进行了总结和展望。

基于NiO空穴传输层的CH_3NH_3PbI_3钙钛矿太阳能电池的光伏特性

从2009年至今,基于卤族元素的有机-无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池由于简单的制备工艺和优良的光电转化效率,成为有望替代传统硅基太阳能电池的一种新型太阳能电池,由于其通常采用价格昂贵的有机空穴/电子传输层材料,所以虽然可获得较高的光电转化效率,但生产成本较高.本文选用价格低廉性质稳定的NiO为空穴传输层材料,利用旋涂热解法在导电ITO玻璃上制备平整致密的NiO薄膜,然后采用两步溶液法,在其上制备平均粒径约为150 nm的CH_3NH_3PbI_3吸光层,最后组装成ITO/NiO/CH_3NH_3PbI_3/PCBM/Ag平面倒置异质结型电池单元.本文对比研究了不同退火温度制备NiO薄膜的表面形貌和晶体结构,以及制备的电池单元的光伏性能.本文对比实验结果表明, 500°C退火处理的NiO薄膜最平整致密,以其为空穴传输层的未封装电池单元在大气环境中进行模拟太阳光辐照测试,可获得7.63%的光电转化效率和>1 V的开路电压,优于类似条件下制备的以NiO为空穴传输层的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池.

钙钛矿太阳能电池的研究进展

钙钛矿太阳能电池由纳米晶致密层、钙钛矿型光活性层CH3NH3Pb X3(X=Cl、Br、I)、空穴传输层及对电极组成。其中光活性层吸光材料的种类及其成膜技术、空穴传输层材料类型及结构设计是影响钙钛矿太阳能电池光电性能的重要因素。本文结合钙钛矿太阳能电池近年来的最新研究进展,对影响器件光电性能的关键因素:光吸收层、空穴传输层、工艺参数以及结构设计等进行综述,同时展望了钙钛矿太阳能电池未来的发展趋势。

氧化镍在倒置平面钙钛矿太阳能电池中的应用进展

近年来有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因具有光电转换效率高、制备工艺简单等优点而受到广泛关注.空穴传输层(hole transport layer, HTL)的选择及其优化对器件的性能至关重要.氧化镍(NiO_(x)) HTL具有化学稳定性好、空穴迁移率高、制备方法简单等特点,在PSCs中得到了广泛应用.本综述从NiO_(x) HTL在平面PSCs中的应用入手,系统介绍了通过掺杂和表面修饰法实现对NiO_(x) HTL薄膜的结构和光电性能的改性,并从能级匹配、空穴迁移率及结晶性等多个角度详细评述了NiO_(x)改性对PSCs光电转换效率、填充因子、开路电压、短路电流和稳定性的影响规律,最后对于NiO_(x)平面PSCs的未来进行了展望.

基于ZnSe的有机-无机异质结电致发光器件

以电子束蒸发的方法制备硒化锌(ZnSe)薄膜,研究了基于ZnSe的有机-无机异质结电致发光器件.在双层器件ITO/ZnSe(50nm)/Alq3(12nm)/Al中看到了峰值位于578nm的ZnSe电致发光,却很难得到单层器件ITO/ZnSe(50—120nm)/Al的电致发光;在此基础上进一步引入有机空穴传输层(HTL),通过改变器件的结构,讨论了ZnSe对有机-无机异质结器件ITO/HTL/ZnSe/Alq3/Al电致发光特性的影响.其电致发光光谱的研究结果证实了ZnSe在器件中的作用ZnSe既起传输电子的作用,也起到传输空穴的作用,还作为发光层.并对ZnSe的发光机理进行了讨论.

有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池光照稳定性及其提升方法

有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池因其电池效率高达20.1%而备受关注.要实现有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池的产业化和商业化,电池的稳定性问题必须解决,主要涉及有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池在光照、湿度、高温等环境下能否保持长时间的效率稳定.研究结果表明,疏水的空穴传输层可以有效防止水渗透到钙钛矿层中,从而提高暗态下电池的稳定性.

倒置结构全无机钙钛矿太阳能电池的界面层研究进展

铯基无机钙钛矿(CsPbX3)因其耐热性好、低成本和带隙可调等优点,近年来备受关注,并广泛用于制备新型薄膜太阳能电池。目前,虽然具有倒置结构的无机钙钛矿太阳能电池(PSC)更稳定且有望应用于构筑叠层电池的顶电池,其性能仍落后于正置结构的电池。因此,倒置电池的结构,特别是其界面层亟待进一步优化。近年来,研究者们设计和开发了一系列有机、无机界面层(包括空穴传输层和电子传输层),尝试优化基于无机钙钛矿的倒置电池。本综述针对这一现状,从材料和制备工艺的角度出发,综述了基于有机、无机材料体系的多种界面层的制备和应用进展,总结各类界面层材料的特点,讨论目前界面层的瓶颈问题和潜在的解决方案。