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钝化剂乙酰水杨酸对钙钛矿太阳能电池性能影响的研究

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人工晶体学报 2022年第6期51卷 1042-1050页

作者：任锦涛陈青霍宇吴治昕余春燕翟光美太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原030024 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 中国科学院可再生能源重点实验室广州510640

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电性能和低廉的制备成本,成为目前光伏领域内的研究热点。然而,钙钛矿薄膜表面和晶界处存在大量缺陷,这易于导致载流子非辐射复合,并进而影响太阳能电池的光电转换效率。本工作通过在两步法... 详细信息

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电性能和低廉的制备成本,成为目前光伏领域内的研究热点。然而,钙钛矿薄膜表面和晶界处存在大量缺陷,这易于导致载流子非辐射复合,并进而影响太阳能电池的光电转换效率。本工作通过在两步法制备钙钛矿的铅盐前驱液中引入钝化剂乙酰水杨酸(acetylsalicylic acid,ASA),利用吸收/光致发光光谱、扫描电镜和电学测试等技术手段研究了ASA分子对钙钛矿薄膜质量与器件性能的影响。结果表明:适量的ASA分子可以通过路易斯酸碱相互作用增大钙钛矿晶粒尺寸,并有效降低钙钛矿薄膜的缺陷密度;当ASA的浓度为2.5 mmol/L时,所制得的钙钛矿电池取得了19.83%的最高光电转换效率,明显高于对照器件的转换效率(17.47%)。本工作首次报道了ASA对钙钛矿薄膜缺陷的良好钝化效果,并为提高钙钛矿太阳能电池性能提供了一种简单有效的制备方法。

关键词：钙钛矿太阳能电池有机-无机杂化金属卤化物乙酰水杨酸缺陷钝化两步沉积添加剂光电转换

前驱体工程制备高效无机CsPbX_(3)钙钛矿太阳电池

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陕西师范大学学报（自然科学版） 2023年第4期51卷 28-47页

作者：杨少敏武玫孜刘治科陕西师范大学材料科学与工程学院陕西西安710119

无机CsPbX_(3)钙钛矿材料由于其优异的光电性能、较宽的可调带隙及简单的制备工艺而得到广泛关注。溶液制备无机CsPbX_(3)钙钛矿结晶速率过快,结晶质量不高,所获得的CsPbX_(3)薄膜体相和表面存在大量的缺陷,严重影响了CsPbX_(3)钙钛矿... 详细信息

无机CsPbX_(3)钙钛矿材料由于其优异的光电性能、较宽的可调带隙及简单的制备工艺而得到广泛关注。溶液制备无机CsPbX_(3)钙钛矿结晶速率过快,结晶质量不高,所获得的CsPbX_(3)薄膜体相和表面存在大量的缺陷,严重影响了CsPbX_(3)钙钛矿太阳电池(perovskite solar cells,PSCs)的效率和稳定性,因此需要调控CsPbX_(3)薄膜的结晶过程,钝化其缺陷,以便获得高质量的钙钛矿薄膜和高效、稳定的无机CsPbX_(3)PSCs。近年来,前驱体工程已被证明是获得高质量钙钛矿薄膜的有效策略。该文对无机CsPbX_(3)钙钛矿晶体结构、光电性能、制备方法及存在问题等方面进行概述,总结并讨论了基于前驱体工程制备高质量无机CsPbX_(3)钙钛矿薄膜的4种主要方法,包括组分优化、添加剂策略、中间相调控、异质结构筑。其中,组分优化能够有效调控结晶速率和结晶路径;添加剂策略实现对不同类型缺陷的钝化;中间相调控是获得优良的表面形貌和高结晶度钙钛矿薄膜的关键策略;异质结构筑是抑制不利非辐射复合,提高钙钛矿稳定性的有效策略。最后,对无机CsPbX_(3)PSCs研究的发展趋势进行了展望,在未来应该深入探索CsPbX_(3)钙钛矿薄膜结晶机理和缺陷钝化物理机制,以制备高质量钙钛矿薄膜,同时应致力于大面积器件和叠层电池的制备和开发,以实现更高的光电转换效率和商业化应用。

关键词： CsPbX_(3) 钙钛矿太阳电池前驱体工程缺陷钝化光伏性能

四丁基铵六氟磷酸盐对全无机CsPbIBr钙钛矿太阳电池的多功能界面改性

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硅酸盐学报 2023年

作者：吴林陈建林曾雨熙赵威武子寒俱佳尧黄金成彭卓寅陈荐长沙理工大学能源与动力工程学院

近年来，全无机钙钛矿太阳电池(PSCs)在光伏领域受到极大的关注，与有机–无机杂化PSCs相比，展现出更良好的湿、热和光稳定性；尤其是宽带隙CsPbI2Br钙钛矿(1.92 eV)权衡了稳定性与光吸收性能，在叠层太阳电池和柔性太阳电池中展现出... 详细信息

近年来，全无机钙钛矿太阳电池(PSCs)在光伏领域受到极大的关注，与有机–无机杂化PSCs相比，展现出更良好的湿、热和光稳定性；尤其是宽带隙CsPbI2Br钙钛矿(1.92 eV)权衡了稳定性与光吸收性能，在叠层太阳电池和柔性太阳电池中展现出巨大的应用潜力。然而，溶液法制备的CsPbI2Br钙钛矿薄膜会在界面及晶界处产生各种缺陷而成为光生载流子的非辐射复合中心，同时它对水分子敏感而容易降解，从而降低器件的光电性能与稳定性。选用了一种同时具有缺陷钝化和疏水功能的界面改性剂——四丁基铵六氟磷酸盐(TBAPF6)对CsPbI2Br钙钛矿薄膜进行表面改性。结果表明，TBAPF6的PF6–钝化了带正电荷的卤素空位，TBA+则钝化了带负电的阳离子空位，且改善了CsPbI2Br/碳界面的能级排列，从而提高了器件的光电性能(结构为氧化铟锡/SnO2/CsPbI2Br/TBAPF6/carbon)，最高光电转换效率达到12.04%，开路电压为1.24 V，短路电流密度为14.60 mA/cm2，填充因子为67%；同时，长烷基链和氟原子能够有效阻挡空气中水分子的入侵，在35%～40%的湿度环境中16 h后保持了初始效率的80%，在空气环境85℃、72 h后保持了初始效率的70.2%，其湿热稳定性相比于原始器件获得了极大的提升。

关键词：六氟磷酸盐全无机钙钛矿界面改性缺陷钝化疏水性

FEACl修饰层对钙钛矿太阳能电池性能提升的研究

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化工学报 2023年

作者：傅予刘兴翀王瀚雨李海敏倪亚飞邹文静雷月彭永姗西南石油大学新能源与材料学院

一般来说，钙钛矿表面的陷阱和晶界(GBs)对钙钛矿太阳能电池(PSCs)的性能和长期稳定性非常不利。本研究用一种含有F原子的三氟乙胺盐酸盐(F3EACl)作为改性层，沉积在钙钛矿(PVSK)层和空穴传输层(HTL)之间，以钝化钙钛矿表面上的陷阱和GB... 详细信息

一般来说，钙钛矿表面的陷阱和晶界(GBs)对钙钛矿太阳能电池(PSCs)的性能和长期稳定性非常不利。本研究用一种含有F原子的三氟乙胺盐酸盐(F3EACl)作为改性层，沉积在钙钛矿(PVSK)层和空穴传输层(HTL)之间，以钝化钙钛矿表面上的陷阱和GBs。通过对F3EACl修饰后钙钛矿薄膜结晶性，钙钛矿薄膜形貌，钙钛矿薄膜光物理性质以及电池光伏性能的研究发现，F3EACl与钙钛矿形成N-H···F氢键作用以及F3EA+和钙钛矿中的I-之间的相互作用能够钝化钙钛矿表面的缺陷，从而提高器件的性能和稳定性。此外，F3EACl改性层还可以调节钙钛矿层与HTL之间的能级分布，进而提高空穴的提取效率。结果显示，F3EACl修饰后的PSCs的能量转换效率(PCE)从19.15%提高到22.45%。这表明F3EACl是一种比较好的材料用来钝化钙钛矿陷阱提升PSCs的性能和稳定性。

关键词：钙钛矿太阳能电池界面缺陷钝化结晶太阳能

前驱体工程制备高效无机CsPbX钙钛矿太阳电池

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陕西师范大学学报(自然科学版) 2023年

作者：杨少敏武玫孜刘治科陕西师范大学材料科学与工程学院

无机CsPbX3钙钛矿材料由于其优异的光电性能、较宽的可调带隙及简单的制备工艺而得到广泛关注。溶液制备无机CsPbX3钙钛矿结晶速率过快,结晶质量不高,所获得的CsPbX3薄膜体相和表面存在大量的缺陷,严重影响了CsPbX3钙钛矿太阳电池(perov... 详细信息

无机CsPbX3钙钛矿材料由于其优异的光电性能、较宽的可调带隙及简单的制备工艺而得到广泛关注。溶液制备无机CsPbX3钙钛矿结晶速率过快,结晶质量不高,所获得的CsPbX3薄膜体相和表面存在大量的缺陷,严重影响了CsPbX3钙钛矿太阳电池(perovskite solar cells,PSCs)的效率和稳定性。因此需要调控CsPbX3薄膜的结晶过程,钝化其缺陷,以便获得高质量的钙钛矿薄膜和高效、稳定的无机CsPbX3PSCs。近年来,前驱体工程已被证明是获得高质量钙钛矿薄膜的有效策略。该文对无机CsPbX3钙钛矿晶体结构、光电性能、制备方法及存在问题等方面进行概述,总结并讨论了基于前驱体工程制备高质量无机CsPbX3钙钛矿薄膜的4种主要方法,包括:组分优化、添加剂策略、中间相调控、异质结构筑。其中,组分优化能够有效调控结晶速率和结晶路径;添加剂策略实现对不同类型缺陷的钝化;中间相调控是获得优良的表面形貌和高结晶度钙钛矿薄膜的关键策略;异质结构筑是抑制不利非辐射复合,提高钙钛矿稳定性的有效策略。最后,对无机CsPbX3PSCs研究的发展趋势进行了展望,在未来应该深入探索CsPbX3钙钛矿薄膜结晶机理和缺陷钝化物理机制,以制备高质量钙钛矿薄膜,同时应致力于大面积器件和叠层电池的制备和开发,以实现更高的光电转换效率和商业化应用。

关键词： CsPbX 钙钛矿太阳电池前驱体工程缺陷钝化光伏性能

高效铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池缺陷调控及能带工程

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高效铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池缺陷调控及能带工程

高效铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池缺陷调控及能带工程

第九届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：寇东星武四新河南大学

锌黄锡矿CuZn Sn(S,Se) (CZTSSe)薄膜太阳能电池是由含量更加丰富的Zn和Sn元素替换Cu(In,Ga)Se (CIGS)太阳能电池中的In和Ga稀有元素发展而来,具有带隙可调、吸光系数高、环境友好和低成本等诸多优点,理论光电转换效率达32.2%,在新一代... 详细信息

锌黄锡矿CuZn Sn(S,Se) (CZTSSe)薄膜太阳能电池是由含量更加丰富的Zn和Sn元素替换Cu(In,Ga)Se (CIGS)太阳能电池中的In和Ga稀有元素发展而来,具有带隙可调、吸光系数高、环境友好和低成本等诸多优点,理论光电转换效率达32.2%,在新一代光伏器件中极具发展潜力。但是,目前该器件记录效率仅达到13.0%[1,2],其开路电压较CIGS器件相差近200 mV,限制了CZTSSe光伏技术的进一步发展。从器件内部构造看,提升CZTSSe太阳能电池性能的技术瓶颈主要由三方面引起:i)二元杂相、不良晶界和深能级缺陷导致的吸收层体相电荷复合问题,ii)高浓度表面无序缺陷引起的CZTSSe/CdS界面复合及p-n转型不理想问题,以及iii)界面化学稳定性较差导致的CZTSSe/Mo基底界面电学性能下降问题。基于上述受限因素,我们课题组以乙二胺和乙二硫醇溶液法为基础,深入开展了高效铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的缺陷调控及能带工程等系列工作。该体系的优点是具有强还原性,可以溶解金属单质、金属氧化物和金属硫化物,方法简单并避免了杂原子的引入[3,4]。通过薄膜微结构设计、缺陷态调控、表/界面钝化、能带结构优化以及微观动力学研究等方式,对具有高结晶质量的吸收层体相材料和优良电学性能的接触界面进行关键技术的探索和突破,为铜基薄膜太阳能电池性能的进一步提升和机理研究深化奠定了坚实的基础。

关键词：溶液法铜锌锡硫硒太阳能电池缺陷钝化界面能带结构

来源： cnki会议评论

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高效铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池缺陷调控及能带工程

第二届全国太阳能电池材料与器件大会

作者：寇东星武四新河南大学特种功能材料教育部重点实验室

锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)薄膜太阳能电池是由含量更加丰富的Zn和Sn元素替换Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)太阳能电池中的In和Ga稀有元素发展而来,具有带隙可调、吸光系数高、环境友好和低成本等诸多优点,理论光电转换效率达32.2%,在新一... 详细信息

锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)薄膜太阳能电池是由含量更加丰富的Zn和Sn元素替换Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)太阳能电池中的In和Ga稀有元素发展而来,具有带隙可调、吸光系数高、环境友好和低成本等诸多优点,理论光电转换效率达32.2%,在新一代光伏器件中极具发展潜力。但是,目前该器件记录效率仅达到13.00%[1],其开路电压较CIGS器件相差近200m V,限制了CZTSSe光伏技术的进一步发展。从器件内部构造看,提升CZTSSe太阳能电池性能的技术瓶颈主要由三方面引起:i)二元杂相、不良晶界和深能级缺陷导致的吸收层体相电荷复合问题,ii)高浓度表面无序缺陷引起的CZTSSe/CdS界面复合及p-n转型不理想问题,以及iii)界面化学稳定性较差导致的CZTSSe/Mo基底界面电学性能下降问题。基于上述受限因素,我们课题组以乙二胺和乙二硫醇溶液法为基础,深入开展了高效铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的缺陷调控及能带工程等系列工作。该体系的优点是具有强还原性,可以溶解金属单质、金属氧化物和金属硫化物,方法简单并避免了杂原子的引入[2]。通过薄膜微结构设计、缺陷态调控、表/界面钝化、能带结构优化以及微观动力学研究等方式,对具有高结晶质量的吸收层体相材料和优良电学性能的接触界面进行关键技术的探索和突破,为铜基薄膜太阳能电池性能的进一步提升和机理研究深化奠定了坚实的基础。

关键词：溶液法铜锌锡硫硒太阳能电池缺陷钝化界面能带结构

来源： cnki会议评论

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醋酸甲胺对钙钛矿太阳能电池性能的影响

电池 2022年第3期52卷 272-276页

作者：陈琨王栋杰张坚赵斌桂林电子科技大学材料科学与工程学院广西信息材料重点实验室广西桂林541004 桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林541004 湘潭大学化学学院湖南湘潭411105

使用双面钝化潜力的添加剂醋酸甲胺(MAAc)对碳基全印刷介观钙钛矿太阳能电池(PMPSCs)进行改性。二氧化钛(TiO_(2))/钙钛矿界面处缺陷导致的非辐射复合得到抑制,电荷传输改善,光生电荷提取效率提高,表明钙钛矿表面的缺陷被成功钝化。由... 详细信息

使用双面钝化潜力的添加剂醋酸甲胺(MAAc)对碳基全印刷介观钙钛矿太阳能电池(PMPSCs)进行改性。二氧化钛(TiO_(2))/钙钛矿界面处缺陷导致的非辐射复合得到抑制,电荷传输改善,光生电荷提取效率提高,表明钙钛矿表面的缺陷被成功钝化。由于电荷提取促进与缺陷钝化的协同效应,MAAc改性后,电池最高能量转换效率(PCE)提升到15.61%,在湿度为60%±10%的空气环境中保存55 d,仍保持初始PCE的90%。

关键词：碳基介观钙钛矿太阳能电池介孔二氧化钛(TiO_(2)) 界面调控缺陷钝化添加剂

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表/界面双重修饰提高钙钛矿太阳能电池性能

微纳电子技术 2023年第11期60卷 1746-1755页

作者：霍宇吴治昕周利通余春燕翟光美太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原030024 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024

采用二维/三维(2D/3D)钙钛矿结构已被证明是提高钙钛矿太阳能电池综合性能的有效策略,但该策略通常要求表面2D修饰层厚度极薄致使其不能连续覆盖3D钙钛矿层,而未覆盖/修饰的3D钙钛矿表/界面则可能因仍然存在大量缺陷而影响器件性能。基... 详细信息

采用二维/三维(2D/3D)钙钛矿结构已被证明是提高钙钛矿太阳能电池综合性能的有效策略,但该策略通常要求表面2D修饰层厚度极薄致使其不能连续覆盖3D钙钛矿层,而未覆盖/修饰的3D钙钛矿表/界面则可能因仍然存在大量缺陷而影响器件性能。基于此,研发了一种简单有效的环己甲胺氢碘酸盐(CMI)+苯乙基碘化铵(PEAI)表/界面双重修饰策略,即利用PEAI修饰由CMI构建的2D/3D钙钛矿结构来实现更为充分的缺陷钝化和界面修饰。结果表明,CMI+PEAI双重修饰钙钛矿薄膜的表面粗糙度和缺陷态密度明显低于未处理和单一CMI表界面修饰的钙钛矿薄膜,分别降至11.3 nm和2.29×10^(15)cm^(-3),且该双重修饰方法将钙钛矿薄膜的光生载流子寿命提高至45.1 ns,并有效促进了钙钛矿/空穴传输界面处的电荷提取,最终使太阳能电池的性能参数得到明显提升。CMI+PEAI双重修饰太阳能电池的平均能量转化效率为20.12%±0.35%,明显优于未处理器件(16.79%±0.57%)及单一CMI表/界面修饰器件(18.81%±0.34%),同时也展现出了最佳稳定性。该研究提供了一种更为充分、有效的钙钛矿表界面修饰/钝化策略,有助于进一步提高钙钛矿太阳能电池的综合性能。

关键词：钙钛矿太阳能电池表/界面修饰 2D/3D结构双重修饰缺陷钝化