梳理:过去一年钙钛矿太阳能电池领域重大研究突破

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) 

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