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结合硅钙钛矿技术 太阳能电池转换效率跃升至 27.2%

太阳能技术日新月异,光电转换效率纪录每隔几周又会再翻新,象是最近英国太阳能公司OxfordPV便透过钙钛矿-硅晶太阳能技术,将效率提高至27.2%。        硅晶太阳能为当前产业首选技术,便宜、高效又稳定的优势让太阳光电成为最受欢迎的再生能源,但以目前已大规模商业化的技术而言,其转换效率预

       太阳能技术日新月异,光电转换效率纪录每隔几周又会再翻新,象是最近英国太阳能公司OxfordPV便透过钙钛矿-硅晶太阳能技术,将效率提高至27.2%。        硅晶太阳能为当前产业首选技术,便宜、高效又稳定的优势让太阳光电成为最受欢迎的再生能源,但以目前已大规模商业化的技术而言,其转换效率预期很难超过25%,因此科学家一直在寻找另一个太阳能明日之星。        钙钛矿则是太阳能领域后起之秀,光电转换效率在9年内增加到可与硅晶太阳能媲美的22%,近年来科学家更为了寻求突破与新材料,纷纷将钙钛矿与硅晶太阳能相结合,让原本处于市场竞争关系的太阳能电池材料握手言和,打造新型太阳能电池。        英国OxfordPV便以此技术成功研发出1cm2大小的高效率钙钛矿-硅晶太阳能电池,该效率除了获得德国Fraunhofer太阳能系统研究所(ISE)认证,也突破单一接面式(SingleJunction)硅晶太阳能电池26.7%的纪录。        该公司并不期望能将单一太阳能材料效率最大化,反而利用钙钛矿与硅晶电池各自优缺点与不同能隙特性,试图将钙钛矿-硅晶太阳能电池转换效率跃升至30%以上。        理论上,由于钙钛矿与硅晶材料能隙宽度不一,两者光吸收范围并不会重叠,因此可各司其职:钙钛矿负责吸收绿光、蓝光并转换为电能,硅则用于吸收红光与近红外光,但现实往往没那么简单,能隙重叠效应(bandgapoverlapeffect)仍将底层硅晶太阳能电池的效率砍半,大大影响整体太阳能效率。        为研发出高效率钙钛矿-硅晶太阳能电池,该公司结合转换效率达17%与22%的钙钛矿与硅晶太阳能电池,但由于能隙重叠效应,最终转换效率比预期少11%左右。        不过与一般硅晶与钙钛矿电池相比,转换效率27.2%已算是产业大突破。OxfordPV目前也正努力在德国生产156mmx156mm商业尺寸钙钛矿-硅晶太阳能电池,并试图出售其概念。        OxfordPV执行长FrankAverdung指出,公司目前最大挑战不是在提升转换效率,而是要稳定其性能。由甲基氨基碘化铅(MAPbI3)制成的钙钛矿遇到湿度会有衰退问题。该公司盼能逐一突破,并希望可在2019年投入测试,并于2020年推出产品。        OxfordPV并非世界第一个研发钙钛矿-硅晶太阳能电池团队,2018年2月美国布朗大学与内布拉斯加大学林肯分校(UNL)已如火如荼研发该技术,还想研发出不含铅的钙钛矿电池;瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)与瑞士电子和微技术中心(CSEM)组成的团队也在本月中旬将该类型电池转换效率提高到25.2%,或许业界与研究院未来达30%效率指日可待。 (来源:集邦新能源网)

韩国成功开发第二代钙钛矿型光伏电池

此次研究获得了韩国研究财团新进研究者的援助项目和全球博士培养项目的支持,相关成果已经发表于美国化学学会的《ACS?Nano》期刊,论文名称为《Nanocrystalline Titanium metal-Organic frameworks for Highly Efficient and Flexible Perovskite Solar C

       此次研究获得了韩国研究财团新进研究者的援助项目和全球博士培养项目的支持,相关成果已经发表于美国化学学会的《ACS?Nano》期刊,论文名称为《Nanocrystalline Titanium metal-Organic frameworks for Highly Efficient and Flexible Perovskite Solar Cells》(高效和柔性钙钛矿型光伏电池的钛纳米晶金属有机骨架材料)。        钙钛矿型光伏电池是第二代光伏电池,光能转化效率高,生产成本低,作为第二代能源应用技术备受业界关注,现有光伏电池采用的是氧化钛电子传输层,需要高温的热处理,不能确保柔性光伏电池骨架材料的稳定性,截至目前,柔性光伏电池需要采用复杂的处理工艺,生产成本较高。        研究团队开发的纳米金属有机骨架材料尺寸不足6nm,由氧化钛簇规则排列而成,通过电子传输层大幅提高了电子传输能力和弯曲性能,在常温下也可以进行低温工艺,同时确保骨架材料的稳定性,由此开发出新型柔性钙钛矿型光伏电池。另外,通过旋转涂层工艺,在短时间内实现低成本制造。值得一提的是,与ITO导电玻璃的刚性光伏电池和采用塑料基体的柔性光伏电池相比,能效分别提高了18.94%和17.43%,经过700次弯曲试验之后,依旧可以确保较高的性能。       崔京民教授表示,今后将通过深入研究,将钛基纳米金属有机骨架材料应用于多面光伏电池的生产,目标是以低成本开发出高性能的柔性光伏电池。(来源:中国有色金属报)

新型钙钛矿太阳能电池:稳定、高效且相对便宜

近日,日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)的研究人员采用一种稳定、高效且相对便宜的钙钛矿材料开发出新型太阳能电池。 背景       太阳能,是颇具代表性的新能源之一。其优势包括:清洁、可再生、无污染、易获取等等。为了将太阳光的能量直接转化为电能,我们通常要借助一种设备:太阳能电池。如今,太阳

       近日,日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)的研究人员采用一种稳定、高效且相对便宜的钙钛矿材料开发出新型太阳能电池。 背景       太阳能,是颇具代表性的新能源之一。其优势包括:清洁、可再生、无污染、易获取等等。为了将太阳光的能量直接转化为电能,我们通常要借助一种设备:太阳能电池。如今,太阳能电池在我们的身边到处可见,例如:窗户、墙壁、汽车、智能手机、平板电脑等物品中都会见到太阳能电池的身影。        迄今为止,大多数的太阳能电池都是由硅制成,因为这种材料非常善于吸收光线。可是,硅面板的制造成本却很昂贵。        科学家们一直都在研究由钙钛矿组成的结构,使之成为硅的替代品。真正的钙钛矿,是一种存在于地球中的矿物,它由钙、钛、氧分子经过特殊排列而成。具有相同晶体结构的材料称为钙钛矿结构。        相比于共棱、共面形式连接的结构,钙钛矿结构显得更加稳定,更有利于缺陷的扩散迁移。因此,钙钛矿具备了许多优异的物理化学特性,例如电催化性、吸光性等。 

        钙钛矿结构非常适合作为太阳能电池吸收光线的活性层,因为它们吸收光线的效率比硅更高,且成本更低廉。将钙钛矿结构集成到太阳能电池中,需要采用的设备也相对简单。例如,它们可以溶解到溶剂中,直接喷涂到基底上面。        由钙钛矿结构组成的材料有望为太阳能电池设备带来一场革命,但是却具有一个严重的缺陷:它们通常很不稳定,在高温条件下性能会退化。这严重阻碍了它们的商用。 创新       日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)能量材料与表面科学单位的研究人员,由YabingQi教授领导,采用一种稳定、高效且相对便宜的钙钛矿材料开发出太阳能电池,同时也为这种钙钛矿材料未来在太阳能电池中的应用铺平了道路。        他们的研究论文最近发表于《先进能源材料(Advanced Energy Materials)》杂志。博士后学者JiaLiang博士和ZonghaoLiu博士对这项研究作出了主要贡献。

技术       这种材料具有几种关键特征。首先,它是完全无机的(一个重要的变化),因为有机成分通常不耐热,性能会在高温条件下退化。因为太阳能电池会在太阳光照射下变得过热,所以热稳定性显得非常关键。通过无机材料取代有机成分,钙钛矿太阳能电池会变得更加稳定。        如下图所示,这种全无机钙钛矿太阳能电池具有几层。底层是仅有几毫米厚的玻璃,第二层是透明导电材料FTO,接下来是由二氧化钛组成的电子活性层,第四层是光敏钙钛矿,顶层是碳。

       下图是钙钛矿太阳能电池的电子显微镜图像,它显示出不同的层。

       论文作者之一的ZonghaoLiu博士说:“太阳能电池在暴露于光线中300小时后,几乎未发生改变。”        然而,所有的无机钙钛矿太阳能电池都比有机无机混合物的光线吸收率要低。第二个特征也由此而来:OIST的研究人员将新型电池与锰掺杂,以改善其性能。锰改变了材料的晶体结构,提升了光线吸收能力。Liu表示:“就像你将盐放入一盘菜中来改变它的口味一样,当我们添加锰的时候,它改变了太阳能电池的特性。”        第三,在这些太阳能电池中,在太阳能电池之间传输电流的电极和外部电线都是由碳组成,而不是通常用的金。这些电极特别便宜且易于制造,一部分是由于它们能够直接印刷到太阳能电池中。从另外一方面说,制造金电极则需要高温条件以及真空室等特殊设备。 价值

       总结一下,这项研究开发出的钙钛矿太阳能电池具有几项优势:热稳定性好、光线吸收率高、制造工艺简单且成本低。因此,这项研究也为未来钙钛矿太阳能电池的大规模商用奠定了基础。 未来        在变成像硅太阳能电池一样的商用产品之前,钙钛矿太阳能电池仍有一系列的挑战需要克服。例如,钙钛矿太阳能电池可保持运行一到两年,而硅太阳能电池可运行达二十年。        为了改善这些新型电池的效率和持久性,Qi及其同事们正努力工作,同时也在开发制造商用产品的工艺。2009年,首个太阳能电池被报道开发出来。此后,这项技术进展迅猛,这些新型电池的前景看上去很光明。(来源:环球创新智慧)

有机太阳能电池的微纳结构光电协同调控

 随着人们对能源危机和环境污染的认识加深,寻找绿色可再生能源已经成为全社会的共识。其中,有机太阳能电池因其质量轻、成本低、污染少等优点而受到广泛关注。然而,作为光电转换活性层的有机材料通常具有较低的载流子迁移率,这限制了器件对载流子的收集和对入射光的吸收,造成了太阳能量的浪费,因而制约了有机太阳能电池的效率提升。   &nbs

       随着人们对能源危机和环境污染的认识加深,寻找绿色可再生能源已经成为全社会的共识。其中,有机太阳能电池因其质量轻、成本低、污染少等优点而受到广泛关注。然而,作为光电转换活性层的有机材料通常具有较低的载流子迁移率,这限制了器件对载流子的收集和对入射光的吸收,造成了太阳能量的浪费,因而制约了有机太阳能电池的效率提升。        2015年,苏州大学功能纳米与软物质研究院(FUNSOM)唐建新课题组在有机太阳能电池中引入准周期性的蛾眼纳米结构,通过光散射、导模共振、等离激元共振和减反射等效应,显著提升了器件对入射光的吸收。近期,该课题组进一步发展该技术,以ZnO:Al2O3薄膜为准周期纳米结构的载体,并将其作为有机太阳能电池的电子传输层使用。与常规的溶胶-凝胶法制备的ZnO薄膜相比,ZnO:Al2O3薄膜的表面缺陷被有效钝化,并且在界面处形成了一层偶极层,可使薄膜的功函数从4.2 eV降低至3.9 eV。因此,ZnO:Al2O3电子传输层能有效抑制有机太阳能电池内载流子收集过程的复合损耗,即提升电荷收集效率。与此同时,在ZnO:Al2O3薄膜中集成亚波长准周期纳米结构,获得了显著的光学调控效果。电池器件的入射光吸收率和电荷收集率获得了协同提升,使得最终获得的器件外量子效率高达90%。经由国家太阳能光伏产品质量监督检验中心的测试,基于富勒烯类PTB7-Th:PC71BM和非富勒烯类FTAZ:IDIC的器件光电转换效率分别达到9.69%和13.03%。总之,该工作展现了纳米结构化ZnO:Al2O3薄膜的光电协同调控的独特优势,为今后构筑新型器件结构、提高有机太阳能电池的光电转换效率、突破现有的效率瓶颈提供了新思路。        相关论文发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201706083)上。苏州大学FUNSOM博士研究生陈敬德为该文章第一作者。(来源:MaterialsViews)

Small综述:如何制备高效率的钙钛矿太阳能电池

近年来,凭借着制备方法简单、带隙可调、高载流子迁移率、吸收系数大、缺陷密度低等优点,钙钛矿太阳能电池被认为是一种非常有前景的光伏器件。在短短的数年间,其光电转换效率已经从最初2009年的4%迅速飙升到目前已被认证的22.7%。然而,我们知道,对于大部分研究组而言,要想制备出高效率的钙钛矿太阳能电池仍然是困难重重。    &n

       近年来,凭借着制备方法简单、带隙可调、高载流子迁移率、吸收系数大、缺陷密度低等优点,钙钛矿太阳能电池被认为是一种非常有前景的光伏器件。在短短的数年间,其光电转换效率已经从最初2009年的4%迅速飙升到目前已被认证的22.7%。然而,我们知道,对于大部分研究组而言,要想制备出高效率的钙钛矿太阳能电池仍然是困难重重。

       近日,来自韩国的Sang Il Seok教授和Nam-Gyu Park教授,以及来自瑞士Michael Grätzel教授,对近期制备高效率的钙钛矿太阳能电池的方法进行了总结概述,在Small杂志上发表了题为“Methodologies toward Highly Efficient Perovskite Solar Cells”的综述文章。在该综述中,作者们首先指出,要想得到高效率的钙钛矿太阳能电池,最重要的是要制备出高质量的钙钛矿薄膜,这里并不单单指其形貌,同时也包括了它的结晶性、缺陷密度、晶界等。紧接着,这几位科学家将最近发表的如何制备高效率的钙钛矿太阳能电池的工作分为了三种情况进行讨论:第一,深入了解钙钛矿前驱溶液的配制以及其在结晶过程中的动力学问题,这将对我们获得高质量的钙钛矿薄膜提供非常大的帮助;第二,选择不同的沉积钙钛矿薄膜的方法,对钙钛矿薄膜的性质也有着很大的影响;第三,对钙钛矿薄膜的晶界进行钝化有助于提高钙钛矿薄膜的整体性能。本综述的科学家们以其对高效率钙钛矿太阳能电池的深入理解,及时地为该领域的其他科研工作者们做出了卓越的贡献。希望我们能够从中受到启发,加快高效率钙钛矿太阳能电池的开发,使其尽快能够与传统的硅基太阳能电池相媲美,从而在巨大的光伏市场中占据一席之地。        相关工作在线发表在Small(DOI:10.1002/smll.201704177)上。(来源:MaterialsViews)

厘米尺寸钙钛矿发光单晶:显示应用的新选择

 显示是信息领域的重要支柱型产业,年产值超千亿美元。与其相关的新材料,是推动产业升级换代的重要基础。半导体量子点,兼具无机半导体能带调控的优势和有机发光材料的溶液加工特性,成为显示领域的重要前沿技术。目前,三星、索尼、TCL、京东方、海信等显示巨头都将纷纷加入到量子点的研发和产业化进程中。值得关注的是,基于量子点的液晶显示背光源技术已经成功开始商业化。然而,

      显示是信息领域的重要支柱型产业,年产值超千亿美元。与其相关的新材料,是推动产业升级换代的重要基础。半导体量子点,兼具无机半导体能带调控的优势和有机发光材料的溶液加工特性,成为显示领域的重要前沿技术。目前,三星、索尼、TCL、京东方、海信等显示巨头都将纷纷加入到量子点的研发和产业化进程中。值得关注的是,基于量子点的液晶显示背光源技术已经成功开始商业化。然而,目前应用主要集中于具有核壳结构的经典量子点材料(特别是CdSe类材料),高质量的量子点材料,一般采用高温热注入技术制备,产业化仍面临工艺复杂、成本高等挑战。因此,寻求满足液晶应用的新材料和新工艺是解决上述挑战,取得原创性突破技术的重要思路之一。       与正在产业化过程中的CdSe类量子点相比,钙钛矿量子点具有成本低廉、工艺简单等特点,在发光二极管、激光等领域具有优势,受到了学术界和产业界的重点关注,是一类具有成长潜力的新型显示材料(http://www.materialsviewschina.com/2015/08/perovskite-quantum-dots-display-material-for-stars-of-the-future/)。北京理工大学钟海政课题组是国际上最早开展钙钛矿量子点研究的实验室之一。针对液晶显示背光应用,他们发现了有机-无机钙钛矿材料的“聚集诱导荧光”特性(Adv. Opt. Mater. 2015, 3, 112);发明了制备高荧光效率钙钛矿量子点的配体辅助再沉淀技术(授权中国发明专利申请:CN104388089B;国际专利申请:PCT/CN2015/092497),阐明了其富溴表面包覆和激子结合能增加的高效发光物理机制,首次报道了基于钙钛矿量子点高显色白光LED器件(ACS Nano 2015, 9, 4533);发明了钙钛矿量子点光学膜“原位制备技术”(授权中国发明专利:CN104861958A,国际专利申请:PCT/CN2016/082009),荧光量子效率高达95%,实现了高效率、广色域的白光LED原型器件,色域:121% NTSC 1931,流明效率:109 lm/W (Adv. Mater. 2016, 28, 91633-9168),通过与TCL、乐凯产学研合作,开发了连续涂敷工艺,在国际上首次展出了搭载钙钛矿量子点的液晶电视样机(2018全球消费电子CES展)。       尽管现有进展已经表明,钙钛矿量子点是一类提升液晶显示色彩的理想材料,然而钙钛矿材料的稳定性仍是未来产品应用的最大挑战之一。最近,北京理工大学钟海政课题组发展了氢溴酸辅助的常温溶液降温制备技术(申请中国发明专利:CN106883845A),制备出厘米尺寸的高效率绿色发光Cs4PbBr6单晶(荧光量子效率:~97%),这类材料避免了传统量子点的清洗过程,且具有更加优异的稳定性。利用该单晶材料、红光K2SiF6:Mn4+(KSF)荧光粉与蓝光芯片集成,实现了流明效率151 lm/W色域:90.6% Rec. 2020的高显色、高效率白光LED原型器件,这是面向液晶显示背光应用的LED器件实验室最优结果,为进一步推动钙钛矿显示技术发展提供了新的材料选择。

       此外,他们还研究了Cs4PbBr6单晶的生长过程,观察到单晶生长过程中,发光从蓝光到绿光的演化过程,结合电镜表征和理论计算,阐明了Cs4PbBr6单晶的发光主要来自嵌在单晶内部的CsPbBr3量子点,而形成量子点嵌入单晶结构的主要原因是初始单晶的化学计量比偏移所引起的相转变,上述结果为解决目前本体材料Cs4PbBr6的发光机制争议,提供了非常有力实验和理论证据。        相关结果在线发表在Advanced Functional Materials(DOI:  10.1002/adfm.201706567)上发表,第一作者为材料学院的陈小梅同学,张峰同学对合成设计有贡献,葛咏同学完成了LED器件的制备和表征,黄胜同学完成了计算的工作,其他作者参与了材料表征、光谱分析和论文写作。(来源:MaterialsViews)

韩研究员发明“OLED贴片” ,利用有机光源恢复伤口

 韩国研究人员开发了一种“OLED贴片”,它可以附着在皮肤上,使用一种针对受损区域的有机发光二极管源,帮助伤口愈合。这项技术是一组研究人员开发的,他们由韩国科学技术院(KAIST)的JeonYong-min和首尔国立大学Bundang医院的ChoiHye-ryung领导。这一发现发表在3月8日的学术期刊《先进材料技术》上。

       韩国研究人员开发了一种“OLED贴片”,它可以附着在皮肤上,使用一种针对受损区域的有机发光二极管源,帮助伤口愈合。这项技术是一组研究人员开发的,他们由韩国科学技术院(KAIST)的JeonYong-min和首尔国立大学Bundang医院的ChoiHye-ryung领导。这一发现发表在3月8日的学术期刊《先进材料技术》上。

       韩国首尔国立大学(韩国国家研究基金会)韩国研究人员团队开发的OLED贴片原型 这个OLED贴片设计简单,非常便携,可作为一种叫做光生物调节技术(以下简称PBM)的载体。PBM是一种光疗法,它使用激光或发光二极管来改善组织修复,减少疼痛和炎症。        长期以来,PBM一直被认为是一种安全、无创伤的组织再生方法。然而,传统的PBM设备使用的是尖锐的光源,例如发光二极管和激光器,它们有一些关键缺点,包括灵活性低,重量大和应用不均匀。        研究报告称,为了克服这些缺点,韩国研究小组开发了一种可穿戴的PBM贴片,使用的是一种“灵活的红波长OLED表面光源,可以附着在人体上”。        OLED贴片只有手掌大小,重量轻,灵活,耐用。它的重量只有0.82克,厚676微米。该贴片可以运行300多个小时,并且能够沿着一个半径为20毫米的曲线弯曲。        并且,其温度始终保持在40摄氏度以下,避免了一级烧伤的风险。        根据开发人员的说法,有了这种设计,该光治疗贴片可以在皮肤上舒适地佩戴,让患者可以每天接受持续的治疗,不会有太多不适。        韩国研究小组已经通过实验证明,OLED贴片可以通过刺激成纤维细胞(fibroblast)的增殖和迁移,来帮助愈合伤口。成纤维细胞是一种在伤口愈合过程中起关键作用的真皮细胞。       据研究小组称,OLED贴片显示,成纤维细胞增生增加了58%,成纤维细胞迁移增加了46%,这证明它在组织再生方面效果显著。        该论文第一作者Jeon通过韩国国家研究基金会表示:“这种贴片一旦商业化,患者将能够更方便地接受光线疗法。”        “通过控制发射光的数量,我们还可以扩大产品的使用范围,不仅包括皮肤再生,还包括治疗皮肤癌、阿尔茨海默氏症和抑郁症等病症。”        这项研究在由科学和信息通信部牵头的一个基础研究支持的项目下发起的。(来源:中国OLED网)

重磅-瑞士EPFL打破钙钛矿太阳能电池世界效率记录至23.25%

 近几年来,钙钛矿太阳能电池已经成为太阳能电池领域一颗冉冉升起的新星,其光电转换效率从3.8%激增至超过22%,速度惊人。2017年7月,韩国KRICT的Seok小组在Newport认证的小面积钙钛矿太阳能电池效率为22.7%,该效率超越了2015年美国First Solar认证的CdTe太阳能电池22.1%的效率,超越了2017年日本Fraun

       近几年来,钙钛矿太阳能电池已经成为太阳能电池领域一颗冉冉升起的新星,其光电转换效率从3.8%激增至超过22%,速度惊人。2017年7月,韩国KRICT的Seok小组在Newport认证的小面积钙钛矿太阳能电池效率为22.7%,该效率超越了2015年美国First Solar认证的CdTe太阳能电池22.1%的效率,超越了2017年日本Fraunhofer-ISE认证多晶硅太阳能电池22.3%的效率,超越了2016年德国ZSW认证CIGS太阳能电池22.6%的效率,详细报道可参阅22.7%的效率记录! ! ! ! 韩国学者再次将钙钛矿太阳能电池推向新高度。时隔短短2个月后,2017年9月,日本Solar Frontier公司(全球最大的CIS光伏组件量产公司)就打破了2016年德国ZSW认证CIGS太阳能电池22.6%的效率,将CIGSS电池效率记录推至22.9%,以0.2%的优势再一次超越韩国KRICT的认证的钙钛矿太阳能电池22.7%的效率。令人意外的是,三个月后即2018年1月瑞士EPFL又一次刷新钙钛矿太阳能电池世界效率记录至23.3%,拉开与CIGS电池0.4%的效率身位。        如此快速的效率刷新,已经超出我之前的效率预期,使我不禁要问钙钛矿太阳能电池的效率极限在哪里???        要找寻答案,就必须追溯钙钛矿太阳能电池的发展历程。        钙钛矿一词从字面解释就是钛酸钙(CaTiO3),是一种地壳中储量丰富的矿物质。简单地,一般钙钛矿材料以ABO3为代表式的氧化物,其中A为正二价,B为正四价。显然地,采用硫元素代替氧元素就产生钙钛矿的衍生分支。进一步地,由于氧元素为负二价,因此,结构式为DMX3的这类物质也为钙钛矿衍生分支,其中D为正一价,M为正二价,X为负一价。通常地,D为碱金属离子或有机胺离子,X为卤素或类卤素等。当D为CH3NH3+,M为Pb2+,X为I-时,得到一种CH3NH3PbI3的钙钛矿材料,这也是目前钙钛矿太阳能电池领域研究最为广泛的一种材料。总之,传统的ABO3型钙钛矿氧化物多用于燃料电池、荧光粉、压电陶瓷和催化等领域,而目前最为火热的钙钛矿材料研究则只是局限于DMX3型的钙钛矿化合盐,相当于把DX与MX2组合在一起,完全不同于传统的钙钛矿氧化物。        有了这个区分,就能更好地理解钙钛矿的发展。目前DMX3型的钙钛矿化合盐的应用领域主要集中在太阳能电池、光发射和光子探测三个领域,其中太阳能电池的应用最为广泛。进一步地了解钙钛矿发展可参阅推动钙钛矿光伏研究进程的10位顶尖学者。(来源:世界钙钛矿显示网)

梳理:过去一年钙钛矿太阳能电池领域重大研究突破

钙钛矿太阳能电池作为一种新型低廉高效光伏技术在近年来备受关注。自从2009年日本科学家Miyasaka首次报道钙钛矿太阳能电池以来,在短短的几年内,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从3.8%上升到22.7%。与此同时,钙钛矿电池的器件稳定性也大幅度提高。这些高速的发展背后是世界各国科学家针对钙钛矿电池的基础科学难题的理解以及器件技术瓶颈的攻关。尤

       钙钛矿太阳能电池作为一种新型低廉高效光伏技术在近年来备受关注。自从2009年日本科学家Miyasaka首次报道钙钛矿太阳能电池以来,在短短的几年内,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从3.8%上升到22.7%。与此同时,钙钛矿电池的器件稳定性也大幅度提高。这些高速的发展背后是世界各国科学家针对钙钛矿电池的基础科学难题的理解以及器件技术瓶颈的攻关。尤其是,在2017年,钙钛矿太阳能电池在规模化制备,器件稳定性,乃至毒性等各个方面都有着惊喜表现。1. 新型通用钙钛矿器件空穴传输界面界面损失是钙钛矿太阳能电池商业化之路上的一个重大问题。寻找一个通用的可溶液制备稳定并廉价的界面异常重要。 Christoph J Bravec 等人发现,使用Ta掺杂的WOx/共聚物组成的空穴传输层(PDCBT/Ta-WOx)可以形成准欧姆接触,有效降低界面势垒,阻止金属Au迁移,结合使用C60单层自组装膜(C60-SAM)作为电子传输层,可以使得新型的钙钛矿太阳能电池效率可达21.2%,并且可以稳定运行超过1000小时。

文献衔接:http://science.sciencemag.org/content/358/6367/11922. 钙钛矿量子点电池钙钛矿量子点电池在低毒性溶液制备以及稳定性方面相对于普通钙钛矿薄膜电池有着独特的优势,但是钙钛矿量子点太阳能电池的效率相对较低,主要是因为钙钛矿量子点内部的载流子传输性能相对较差。 美国可再生能源实验室Joseph M. Luther等人使用卤化物盐类表面处理CsPbI3钙钛矿量子点,发现处理后的钙钛矿量子点的载流子传输性能大大提高,取得了13.43%的量子点太阳能电池记录效率。

文献衔接:http://advances.sciencemag.org/content/3/10/eaao42043. 新型钙钛矿器件电子传输层二氧化钛电子传输层是目前高效钙钛矿太阳能电池的必不可少的组成部分,但是二氧化钛的光催化特性等因素可引起钙钛矿太阳能电池的光照稳定性等问题。 韩国UNIST大学Seok等人使用溶胶法制备了La金属掺杂的BaSnO3钙钛矿电极材料,用于取代传统钙钛矿电池里面的二氧化钛,不仅取得了21.2%的效率,更大大改善了MAPbI3基的钙钛矿电池的光照稳定性。在1000小时的一个太阳能强度下运行,保留了93%的效率。

文献衔接:http://science.sciencemag.org/content/356/6334/1674. 钙钛矿器件的缺陷控制钙钛矿晶体材料内部的深缺陷(deep defects)可使得载流子复合而损失钙钛矿太阳能电池效率。 韩国UNIST大学Seok等人通过引入过剩碘离子到FAPbI3基钙钛矿的两步分子交换制备过程,减少了所得钙钛矿薄膜的深缺陷,获得了小面积22.1%的记录效率

文献衔接:http://science.sciencemag.org/content/356/6345/1376.full5. 钙钛矿电池组件的制备方法目前报道的钙钛矿太阳能电池的效率大多为小面积器件效率,但钙钛矿电池组件效率相对较低,主要难点在于高质量钙钛矿薄膜的大面积制备。 Han等人报道一种无需真空无需溶剂的快速廉价方法,成功获得了均匀平整的大面积钙钛矿薄膜,36.1cm2的组件认证效率为12.1%。

文献衔接:https://www.nature.com/articles/nenergy2017386. 2D-3D钙钛矿异质结用于高效钙钛矿太阳能电池的三维(3D)钙钛矿材料在室外环境(水,氧气以及紫外光)下的稳定性较弱。另一方面,二维(2D)钙钛矿材料的稳定性较好但是器件性能较差。 Snaith等人为了克服以上难点,把3D和2D钙钛矿结合在同一薄膜中,形成3D-2D钙钛矿异质结,获得既具有高效光电转化性能(~17%)又具着非常好的室外稳定性。

文献衔接:https://www.nature.com/articles/nenergy2017135(文章来源:材料人)