基于硫氰酸亚铜的n-i-p型钙钛矿太阳电池界面能级匹配及稳定性的初步研究

宽带隙的无机空穴传输材料硫氰酸亚铜(CuSCN)具有低成本、高载流子迁移率、良好的稳定性,以及优异的光透过性等优点,是一种非常有潜力的空穴传输层材料。但是目前基于CuSCN空穴传输层的n-i-p型钙钛矿太阳电池(PSCs)的光电转换效率(PCE)比基于spiro-OMeTAD的电池效率低很多,其主要原因为电池的开路电压较低。本研究团队发现钙钛矿吸收层带隙对基于CuSCN的电池开路电压有较大的影响,本文分别制备了基于带隙为1.55 eV,1.60 eV以及1.65 eV的钙钛矿太阳电池,其中基于CuSCN的器件的效率分别为12.8%,14.4%,10.7%(基于spiro-OMeTAD的钙钛矿太阳电池效率分别为20.8%,19.1%和17.5%)。通过研究发现1.60 eV带隙的钙钛矿能够与CuSCN空穴传输层(HTL)之间形成较好的界面能级匹配,获得最高的效率,电池的开路电压能够达到1.06 V,电池PCE为14.4%。更重要的是在相对湿度(RH)30%~40%的空气中,未封装的基于CuSCN HTL钙钛矿太阳电池经过120℃处理1 h后仍能够保持原来性能的92.4%,而基于spiro-OMeTAD HTL钙钛矿太阳电池只能保持原来性能的49.7%。这表明基于CuSCN的n-i-p型钙钛矿太阳电池具有良好的热稳定性,是制备稳定钙钛矿太阳电池的理想空穴传输材料之一。

钙钛矿型多晶薄膜太阳电池(1)

0引言多年来，硅晶片太阳电池一直是光伏太阳电池领域的主流。为进一步降低太阳电池的发电成本，从上世纪70年代起，陆续发展了几种薄膜太阳电池，包括：硅基薄膜电池、碲化镉薄膜电池、铜铟镓硒电池、染料敏化电池和有机薄膜电池等。虽然经过多年的努力，

新型高效率钙钛矿型太阳电池研究进展

钙钛矿型太阳电池(PSCs)近年来发展迅速,实验室中的电池器件效率已经超过22%,而大面积电池的效率也已经逼近20%,因而在新型光伏电池领域受到越来越广泛的关注。总结和介绍了国际国内最新的高效率钙钛矿型太阳电池的制备方法,包括电池结构、薄膜制备、成分调控等方面的优化;同时对大面积钙钛矿型太阳电池的研究工作也进行了介绍和分析。

钙钛矿型多晶薄膜太阳电池(3)

2014年5月在国内钙钛矿太阳电池学术会上，武汉大学物理学院方国家小组报道，其研制的CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿电池效率达到16．02％。

钙钛矿型多晶薄膜太阳电池(5)

以上计算结果表明,钙钛矿电池的效率密切依赖于钙钛矿层的质量,尽管以上关于材料参数的假定带有某些随意性.因此,优化钙钛矿层材料的成分（如三元系金属卤化物）、改进材料生长工艺、降低其缺陷态密度,将是今后重点研究的课题.

钙钛矿型多晶薄膜太阳电池(2)

2013年，瑞士联邦理工学院Graetzel M小组提出用溶液旋涂两步法，依次在纳米多孔TiO2薄膜上沉积PbI2和CH3NH3I，以合成钙钛矿CH3NH3PbI3多晶薄膜，显著改善了薄膜的均匀性，使电池效率跃升到15.0%。

钙钛矿型多晶薄膜太阳电池(4)

2014年，中国科学院物理所孟庆波小组也制备了无空穴传输层的钙钛矿电池（TiO2／CH3NH3PbI3／Au），但对界面进行了调控处理，获得10．49％的电池效率，并对电池的I-V特性进行了系统分析，表明该类电池是一种典型的平面异质结电池，具有空间电荷区。

钙钛矿型太阳电池研究进展

自从2009年钙钛矿材料被应用到太阳电池领域,到现在仅6年的时间里,钙钛矿型太阳电池的光伏转换效率从约3%提高到20.1%,受到全球瞩目。本文对近年来钙钛矿型太阳电池的发展进行了综述,介绍了钙钛矿吸光材料的性能及其制备,总结了钙钛矿型太阳电池器件结构及其内在机理,探讨了该类型电池待突破的方向和可能的解决途径,阐述了钙钛矿型太阳电池的进展历程,展望了未来发展方向。

钙钛矿型太阳电池的研究进展

钙钛矿型材料因独特的氧八面体共顶点连接结构,而具有优异的热稳定性和光电特性,可作为太阳电池的光吸收层。介绍了钙钛矿型太阳电池的几种主要制备方法:如气相沉积法、溶液制备法以及溶液共蒸发法等,讨论了钙钛矿型太阳电池的几种制备方法在国内外的研究现状以及各自的优缺点。同时,介绍了几种典型的钙钛矿型材料和这些材料的一些性能参数,其中性能较为优越的是有机无机混合卤素钙钛矿型材料,其光电转换效率已经接近20%。最后,对钙钛矿型太阳电池未来的发展方向进行了展望,认为需要寻找有利于保护环境且制备成本更低的新材料,同时提高器件的稳定性。

新型钙钛矿薄膜太阳电池：促进钙钛矿薄膜电池效率提高和产业化发展

深圳大学物理科学与技术学院范平教授课题组在新型钙钛矿薄膜太阳电池材料制备和性能优化方面取得了重要进展。钙钛矿型有机铅碘化合物为吸光材料的薄膜太阳能电池，是继染料敏化、量子点敏化之后的又一基于纳米TiO2的新型太阳能电池。

钙钛矿同质结太阳电池研究进展

钙钛矿太阳电池制备工艺简单,效率提升迅速,被认为是最具应用潜力的新一代光伏技术之一。近年来,大量研究表明,钙钛矿光电材料可以通过自掺杂或外源掺杂的方式实现薄膜导电类型(p型或n型)的定向调控;而具有双层薄膜结构的钙钛矿p-n同质结可以通过薄膜双沉积技术制备,这为钙钛矿同质结太阳电池的设计与制备提供了技术基础。新型钙钛矿同质结太阳电池摒弃传统的电子传输层和空穴传输层,可简化电池结构,不仅有利于提升电池工作稳定性,降低成本,更能进一步释放钙钛矿太阳电池在柔性和半透明应用中的潜力,推动钙钛矿电池的实用化进程。本文围绕钙钛矿同质结太阳电池,综述了钙钛矿光电材料p/n特性掺杂和钙钛矿同质结的研究进展,讨论了钙钛矿同质结太阳电池的基本结构和工作原理,并对其当前存在的技术问题和应用前景进行了总结与展望。

n型氢化纳米晶硅薄膜在柔性钙钛矿太阳电池中的应用

柔性钙钛矿太阳电池电子传输层的低温制备工艺是影响其光电转换效率和大规模应用的关键因素。将n型氢化纳米晶硅薄膜作为柔性钙钛矿太阳电池电子传输层,研究射频功率、掺杂浓度等制备参数对薄膜性能的影响,得到暗电导率、光透过率、表面形貌适用于柔性钙钛矿太阳电池电子传输层的n型氢化纳米晶硅薄膜低温制备条件。经过界面优化处理的柔性钙钛矿太阳电池转换效率达到14.66%,推动了柔性钙钛矿太阳电池的发展,为制备高性能的柔性钙钛矿太阳电池提供了新的研究思路和方法。

“十二五”期间我国太阳电池研究进展

0引言 国家科技部2012年4月24日正式印发《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》，2011～2015年共部署了14个项目总计81个课题，覆盖了《太阳能专项》所规划的科技任务。通过“973计划”还重点支持了有机太阳电池、宽光谱高效薄膜太阳电池和钙钛矿型太阳电池。此外，能源局、基金委和工信部等部门也对太阳电池给予了大力支持。

D-A型三芳胺空穴传输材料的合成及其在钙钛矿电池中的应用

合成两种D-A型三芳胺类空穴传输材料TPAIOS和TPDIOS,采用核磁共振谱和质谱对产物的结构进行表征。基于密度泛函理论对产物的结构和能级分布进行量子化学计算,其中最高占用轨道主要分布在三芳胺基团上、最低未占用轨道分布在咪唑基团上,表明分子具有典型的D-A结构。材料具有良好的成膜能力和空穴传输性能(TPAIOS:1.87×10^(-4)cm^2/(V·s),TPDIOS:1.30×10^(-4)cm^2/(V·s))。将TPAIOS和TPDIOS作为空穴传输材料应用于钙钛矿电池,未掺杂条件下电池效率为4.95%,明显高于p型掺杂的电池(2.25%)。

我国在钙钛矿太阳能电池领域取得重要突破

近日，在纳米研究国家重大科学研究计划（2015CB932200，钙钛矿型太阳电池的基础研究）的支持下北京大学朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者在针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈，提出了“胍盐辅助二次生长”方法，显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率。

高效钙钛矿太阳电池的研究进展

具有钙钛矿结构的新型光吸收材料CH3NH3Pb X3被引入染料敏化太阳电池体系以后,电池效率取得重大突破,引发了科学界对钙钛矿太阳电池研究的极大兴趣。目前,为了进一步提高这种钙钛矿太阳电池的效率和深入理解其工作机理,太阳电池研究者们正在不断地工作和探索。文章简述了钙钛矿型化合物的基本性质,回溯了这种新型太阳电池的效率提升直至突破15%的研究历史,介绍了近期这一领域国内外研究组的一些重要工作,并对这种高效新型钙钛矿太阳电池的未来发展进行了展望。

基于离子液晶的钙钛矿界面工程提升开路电压

钙钛矿器件衬底至关重要。自组装小分子层[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸修饰氧化镍后,表面与钙钛矿失配。通过离子液晶1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐修饰埋底界面,改善界面接触,与碘化铅相互作用,提升晶体质量和极小化电压损失。钙钛矿太阳电池开路电压从1.10 eV提升到1.15 eV,光电转换效率从19.48%提升到20.81%。这为反型钙钛矿太阳电池的埋底界面工程提供了新的思路。