有机--无机共添加增强柔性钙钛矿太阳能电池机械弯曲及环境稳定性能

近年来,钙钛矿太阳能电池发展迅速,其光电转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)已经提高到26.1%,但是柔性钙钛矿太阳能电池(Flexible Perovskite Solar Cells,F-PSCs)的机械弯曲和环境稳定性仍然是其商业化的主要障碍。本研究通过添加琼脂糖(Agarose,AG)以改善薄膜的质量和结晶性能,系统探究了AG对钙钛矿的作用机理,组装成的F-PSCs的PCE和机械弯曲及环境稳定性能。研究发现当AG添加浓度达到最优值3 mmol/L时,薄膜表面变得更为致密平滑,钙钛矿结晶度和吸光度增加。此时器件的陷阱态密度降到最低,电荷传输电阻低至2191Ω,光电性能达到最佳,PCE由15.17%提升至17.30%。进一步引入TiO2纳米颗粒(0.75 mmol/L),与AG(3 mmol/L)共同作用,可以提供刚性骨架结构,增强钙钛矿层的机械性能和环境稳定性。循环弯曲1500次(半径为3 mm)后,AG/TiO2共添加器件可保持初始PCE的84.73%,远高于空白器件的9.32%;在空气中放置49 d后,该器件仍可保持初始PCE的83.27%,优于空白器件的62.21%。该研究成果为制备高效且稳定的F-PSCs提供了可能性。

低温制备SnO_(2)电子传输层用于钙钛矿太阳能电池

SnO_(2)具有光稳定性优异、可低温溶液制备等优点被视为电子传输层的优异材料之一,广泛应用于高效稳定的平面异质结钙钛矿太阳能电池.本文在低温(150℃)下采用旋涂工艺制备SnO_(2)电子传输层,探究了SnO_(2)前驱体溶液不同浓度(SnO_(2)质量分数为2.5%—10.0%)下制备的SnO_(2)电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响.通过对SnO_(2)薄膜进行扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光(UV-Vis)吸收光谱和透射光谱分析,发现基底的覆盖率、透光率和SnO_(2)薄膜的带隙随SnO_(2)前驱液浓度的增加而增大;通过对SnO_(2)/钙钛矿(MAPbI_(3))薄膜进行SEM、UV-Vis、X-射线衍射(XRD)、稳态光致发光(PL)光谱分析,发现SnO_(2)胶体分散液浓度为7.5%制备的SnO_(2)层上沉积的MAPbI_(3)的粒径最大,结晶度最好,具有更有效的电荷提取和传输能力;通过对钙钛矿太阳能电池进行电化学交流阻抗(EIS)、外量子效率(EQE)分析,发现质量分数为7.5%制备的器件具有最小的传输电阻和最佳的光电转换能力,且获得了15.82%的光电转换效率,在环境空气湿度(25±5)℃,RH>70%,无封装的条件下储存600 h后仍保持初始效率的92%.同时,采用浓度优化后的SnO_(2)前驱液制备了柔性器件,获得了13.12%的光电转换效率,且在(30±5)℃,RH>70%的空气环境下储存84天后仍保持初始效率的48%,在弯曲循环1000次(弯曲半径为3 mm)后,仍保留了初始效率的78%.这为提高柔性钙钛矿太阳能电池性能奠定了基础.

SnO_(2)双层电子传输层对钙钛矿太阳能电池界面电荷传输的影响

为了改善基于SnO_(2)电子传输层的钙钛矿太阳能电池的界面电荷传输特性和迟滞现象,我们采用低温溶液处理工艺制备了4种不同类型的SnO_(2)电子传输层用于钙钛矿太阳能电池,包括由SnCl_(4)·5H_(2)O溶胶-凝胶层(Cl_(4)‑SnO_(2))、SnCl_(2)·2H_(2)O溶胶-凝胶层(Cl_(2)‑SnO_(2))和SnO_(2)纳米颗粒层(NP‑SnO_(2))与SnO_(2)胶体层(Col‑SnO_(2))两两相互作用形成的同质结SnO_(2)双层电子传输层和Col‑SnO_(2)单层电子传输层;并系统研究了不同SnO_(2)双层电子传输层对器件光电性能和迟滞现象的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、稳态光致发光(PL)、电化学阻抗(EIS)和稳定性测试等表征证实,在Col‑SnO_(2)层下方插入Cl_(2)‑SnO_(2)层可更好地形成紧密接触,两者相互作用形成平滑紧凑的SnO_(2)双层纳米晶体结构与钙钛矿层之间具有良好的界面接触和更少的界面缺陷,表现出更优异的电子提取和传输特性。与基于Col‑SnO_(2)单层结构的器件(14.16%)相比,基于Cl_(2)‑SnO_(2)/Col‑SnO_(2)双层电子传输层结构的器件获得了15.01%的光电转换效率,正向扫描的光电转换效率提高了约23.3%,短路电流密度(Jsc)和填充因子(FF)均得到了改善,迟滞现象被明显抑制且表现出更好的稳定性。相比之下,基于Cl_(4)‑SnO_(2)/Col‑SnO_(2)双层结构器件的性能改善稍显逊色,基于NP‑SnO_(2)/Col‑SnO_(2)双层结构器件的性能反而有所下降。

区域熔炼生产超高纯镉的工艺研究

超高纯镉纯度为99.99999%,由其制备的CdZnTe晶体广泛用于光电器件、红外探测器、核辐射探测器等。超高纯镉的制备方式主要为区域熔炼法,研究表明杂质元素的平衡分离系数、熔区长度、区熔次数、区熔速度对工艺的提纯效果有直接影响。在高纯氢气的保护下,区熔速度为30~50 mm/h,前6次熔区长度为7~10 cm,后6次熔区长度为5~7 cm,经过12次区熔后,材料中的杂质5.77 ppm降低到0.1 ppm以下,满足了半导体及光电材料的应用需求。

多维CsPbX3无机钙钛矿材料的制备及其在太阳能电池中的应用

近年来全无机CsPbX_(3)(X=Cl、Br、I)型钙钛矿材料由于其高吸光系数、低激子束缚能、长的载流子扩散长度等优点使其在太阳能电池(PSC)器件应用方面备受关注。高效的合成方法和精准的形貌控制对无机钙钛矿的光学性质及其太阳能电池光电性能及稳定性至关重要。本文系统介绍了不同维度无机钙钛矿材料包括零维量子点、一维纳米线/棒、二维纳米片和三维纳米花的现有合成方法;比较了各种合成方法的优势;着重介绍了不同维度无机钙钛矿材料的形貌调控手段,光学性质及相应太阳能电池光电性能的优化策略;最后展望了全无机钙钛矿朝着无害化和高性能钙钛矿太阳能电池的应用前景。

多步旋涂过程中CsPbBr_(3)无机钙钛矿成膜机理

在无机钙钛矿太阳能电池的研究中,薄膜制备工艺是影响钙钛矿太阳能电池光电转换效率(PCE)的重要因素之一.CsPbBr_(3)钙钛矿作为稳定性极好的无机钙钛矿之一,因其前驱体盐(PbBr_(2),CsBr)溶解度差异过大,通常采用多步法进行制备.而由于对成膜机理的认识不充分,导致制备的薄膜存在薄膜形貌差、前驱体反应不完全等问题.本文通过旋涂不同次数的CsBr溶液,探究了CsPbBr_(3)钙钛矿的成膜机理.成膜过程中CsBr扩散进入预先沉积的PbBr_(2)薄膜完成反应,短暂反应时间使薄膜深层反应不充分而薄膜表面过度反应,CsPb_(2)Br_(5)和Cs_(4)PbBr_(6)等相伴随CsPbBr_(3)钙钛矿出现,反复退火形成的薄膜阻挡CsBr扩散加剧了这一现象.适当地延长前驱体的反应时间,能为CsBr扩散及反应提供更充分的空间.基于优化反应时间,CsPbBr_(3)钙钛矿薄膜形貌得到改善、其晶粒尺寸得到提升,钙钛矿薄膜中的晶界减少,从而抑制了载流子复合.在4次旋涂和30 s反应时间的条件下,组装的CsPbBr_(3)钙钛矿太阳能电池开路电压从1.01 V提升至1.28 V,PCE从5.32%提升至6.30%,器件短路电流密度J_(sc)=8.40 mA/cm^(2),填充因子FF=59%.基于以上研究,为多步旋涂法制备CsPbBr_(3)钙钛矿薄膜和电池提供了理论借鉴.

响应面优化氢气还原ITO废靶的研究

研究了氢气还原ITO废靶工艺的条件,考察了温度、时间以及氢气流量对还原率的影响。通过响应曲面实验设计,建立了氢气还原ITO废靶过程的回归模型,此模型能较好的反映还原率与多个影响因素之间的关系。经过优化所获得的实验条件为:温度800℃、时间120min、氢气流量3L/min,在此工艺条件下的还原率达96.48%,与模型预测值相近。