光伏鈣鈦礦
關(guān)注創(chuàng)建者：邁向破滅的圓舞曲 創(chuàng)建時(shí)間：2018-10-09
光伏鈣鈦礦的實(shí)例教程
到目前為止，錫基鈣鈦礦，鉍基鈣鈦礦，雙鈣鈦礦的最高效率分別為9%， 1.64%，和2.5%，。我們推測(cè)配體輔助鈣鈦礦形成策略將顯著改善無(wú)鉛鈣鈦礦的性能，這也是鈣鈦礦光伏產(chǎn)品商業(yè)化之前的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。同時(shí)，用于形成鈣鈦礦膜的一些配體也可用于合成高質(zhì)量的鈣鈦礦單晶和量子點(diǎn)。
2）缺陷鈍化。大量實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)功能配體以鈍化鈣鈦礦膜和界面陷阱中的缺陷可以有效地減少能量損失，從而改善PVSC的性能。為了指導(dǎo)有效配體的設(shè)計(jì)，應(yīng)該深入了解不同鈣鈦礦材料中形成的類(lèi)型和密度缺陷及其對(duì)電子傳輸性能和光伏性能的影響。應(yīng)通過(guò)研究配位原子，烷基鏈長(zhǎng)度，共軛體系和配體取代基對(duì)鈍化能力的影響來(lái)建立分子庫(kù)。
3) 穩(wěn)定性。已經(jīng)證明配體的合理設(shè)計(jì)通過(guò)減少缺陷和在鈣鈦礦晶體上形成防水層來(lái)顯著增強(qiáng)穩(wěn)定性。其他因素（例如，氧，熱應(yīng)力，離子遷移）導(dǎo)致鈣鈦礦的降解也可通過(guò)配體工程解決。例如，最近的研究表明氧化還原氧化化學(xué)可能是抑制由氧引起的鈣鈦礦氧化的潛在工具。配體穩(wěn)定的FAPbI3和無(wú)機(jī)鈣鈦礦（如α-CsPbI3）是一個(gè)很有希望的候選者用于制造熱穩(wěn)定太陽(yáng)能電池的方法。可以使用低維的受抑制的離子遷移作為緩沖層，以避免由可移動(dòng)的離子種類(lèi)（例如，碘化物）引起的3D鈣鈦礦的降解。
我們注意到大多數(shù)先前的穩(wěn)定性結(jié)果是通過(guò)保質(zhì)期測(cè)試獲得的，這不能反映配體在操作條件下的有效性。因此，應(yīng)制定標(biāo)準(zhǔn)方案來(lái)表征配體在提高PVSC穩(wěn)定性方面的有效性。研究PVSC穩(wěn)定性的可靠方法是在1太陽(yáng)照度（AM 1.5G）下，優(yōu)選在最大功率點(diǎn)（MPP）下，并且在室溫和高溫（例如85℃）下。應(yīng)仔細(xì)控制實(shí)驗(yàn)的大氣環(huán)境（例如，相對(duì)濕度為85％）。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方案獲得的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)將有助于最終開(kāi)發(fā)用于穩(wěn)定PVSC的有效配體。
最后，組合的實(shí)驗(yàn)和理論方法（例如，DFT計(jì)算）對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)配體的分子結(jié)構(gòu)也非常有幫助。
展開(kāi) 有機(jī)無(wú)機(jī)雜化金屬鹵化物鈣鈦礦，真的是一類(lèi)神奇的材料。它一方面光電性能優(yōu)異，在太陽(yáng)能電池、光探測(cè)器、和發(fā)光二極管等諸多領(lǐng)域都大顯身手，潛力非凡，甚至被預(yù)測(cè)會(huì)得諾貝爾獎(jiǎng)。而另一方面呢，它也仿佛蒙著一層神秘的面紗，總是讓人不識(shí)廬山真面目，更不知道其背后會(huì)藏有什么更多的把戲。這不，在大家還喋喋不休爭(zhēng)論其晶體結(jié)構(gòu)到底是鐵電（極性）還是鐵彈（非極性）的時(shí)候，黃勁松組最新一篇Nature Materials論文卻告訴我們，它原來(lái)是大電致伸縮的。
電致伸縮其實(shí)并不奇怪，介電材料都有的現(xiàn)象，應(yīng)變隨電場(chǎng)呈平方關(guān)系。奇怪的是電致伸縮效應(yīng)通常都很小，可以忽略不計(jì)，而黃勁松組發(fā)現(xiàn)，甲胺碘鉛單晶有巨大的電致伸縮效應(yīng)，在并不高的電壓下，就可以有高達(dá)1%的應(yīng)變，如下圖所示：
由上圖(a)可見(jiàn)，研究人員雖然采用原子力顯微鏡（AFM）測(cè)量電致位移，但是與通常的壓電原子力顯微術(shù)（PFM）不同，他們的樣品表面沉積了電極，構(gòu)成電容器結(jié)構(gòu)。這一設(shè)計(jì)應(yīng)該比較關(guān)鍵，因?yàn)椴捎肞FM研究甲胺碘鉛的文章非常多，并沒(méi)有人觀(guān)測(cè)到大的電致伸縮效應(yīng)。從圖（b）的數(shù)據(jù)來(lái)看，樣品電致伸縮應(yīng)變高達(dá)1%，電致振動(dòng)與激勵(lì)電場(chǎng)呈二倍頻關(guān)系且應(yīng)變?yōu)樨?fù)，顯示應(yīng)變大小與電場(chǎng)呈平方關(guān)系，并被圖（c）所證實(shí)。圖（d）進(jìn)一步表明應(yīng)變大小和方向均與電場(chǎng)方向無(wú)關(guān)。在此前的PFM研究中，華盛頓大學(xué)黃博遠(yuǎn)等人雖然也報(bào)道了二倍頻響應(yīng)，并以其判斷甲胺碘鉛的極性，進(jìn)而確定單晶甲胺碘鉛極性非極性疇交替共存的現(xiàn)象。但一個(gè)顯著差別是，黃博遠(yuǎn)等所測(cè)的是高頻響應(yīng)，而這篇文章所報(bào)道的是低頻響應(yīng)。這是另外一個(gè)比較關(guān)鍵的點(diǎn)。
展開(kāi) 在研究中發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦前體溶液中的添加劑對(duì)不僅在形成鈣鈦礦相的同時(shí)堆積而且在鱗片邊界上鈍化缺陷。另外，在鈣鈦礦相的情況下，某種添加劑可以穩(wěn)定鈣鈦礦相。在環(huán)境條件下不穩(wěn)定。因此，提出含有氯化物（CL-）的添加劑作為碘化物對(duì)應(yīng)物的替代，因?yàn)閾?jù)報(bào)道氯化物陰離子促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)以及鈣鈦礦晶粒的優(yōu)選取向。添加劑是改善光伏性能而且相對(duì)于甲酰胺（FA）的相位穩(wěn)定性的最佳方法之一。氯基添加劑（例如氯化甲基氯化銨（Mac1））通常用于改善FAPBI3的相位穩(wěn)定性，然而通常導(dǎo)致開(kāi)路電壓VOC的損失，并且由于揮發(fā)性而伴隨著鈣鈦礦相的不穩(wěn)定性陽(yáng)離子。
本文報(bào)告了一種改善VOC的雙層添加策略。MACl至CSCl的混合比從[MAC1]/ [CSCL] = 4開(kāi)始變化，其中[MAC1] / [CSCL] = 2時(shí)的VOC顯示出最佳性能。CSCL的添加降低了捕集密度并增加了對(duì)電荷重組的阻力，這對(duì)V OC的增加提供了動(dòng)力。此外，通過(guò)雙添加劑實(shí)現(xiàn)的缺陷鈍化能夠獲得比單一添加劑MACl更好的穩(wěn)定性，這里的穩(wěn)定性是在室溫下在相對(duì)濕度下在約40％的濕度下50天進(jìn)行的長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試。通過(guò)雙添加劑實(shí)現(xiàn)的最佳功率轉(zhuǎn)換效率為23.22％，其高于MACl或CSCL的單個(gè)添加劑的型號(hào)。
相關(guān)論文以題為Dual Additive for Simultaneous Improvement of Photovoltaic Performance and Stability of Perovskite Solar Cell發(fā)表在Adv. Funct. Mater.。
展開(kāi) 【引言】
近幾年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已由2009年報(bào)道的3.8%快速提升到23%，掀起了全球范圍的研究熱潮。甲胺鉛鹵鈣鈦礦(CH3NH3PbX3, X = I, Br, Cl)材料具有高的吸光系數(shù)、長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度、可調(diào)控的直接帶隙、有趣的載流子輸運(yùn)性質(zhì)和溶液法低成本制備等突出優(yōu)勢(shì)。此外，甲胺鉛鹵鈣鈦礦材料也應(yīng)用于LED、激光器、光電探測(cè)器甚至催化領(lǐng)域，儼然成為一種“萬(wàn)能材料”。然而，CH3NH3PbX3吸光材料還存在穩(wěn)定性低、含有毒的鉛元素這兩個(gè)致命的缺點(diǎn)，這也是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池能否最終實(shí)用化所面臨的兩大挑戰(zhàn)性難題。因此，非常需要尋找一種新型高穩(wěn)定、低毒的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦吸光材料。
【成果簡(jiǎn)介】
近期，湘潭大學(xué)材料學(xué)院王金斌教授及鐘向麗教授等（共同通訊作者）在美國(guó)化學(xué)會(huì)旗下的國(guó)際知名期刊ACS Applied Energy Materials上發(fā)表題為“(C6H5CH2NH3)2CuBr4: A Lead-Free, Highly Stable Two-Dimensional Perovskite for Solar cell Applications”的研究論文。這項(xiàng)工作首次對(duì)環(huán)境友好型銅基鈣鈦礦材料(C6H5CH2NH3)2CuBr4的光電性質(zhì)、穩(wěn)定性及光伏性能進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)(C6H5CH2NH3)2CuBr4不僅具有較高的吸光系數(shù), 還具有優(yōu)異的全方位穩(wěn)定性，是目前報(bào)道的唯一能夠同時(shí)抵抗紫外光、濕、熱的不利影響的銅基鈣鈦礦材料。最后，文章證明了這種材料具有一定的光伏效應(yīng)。
【圖文導(dǎo)讀】
圖一：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，從SEM可以清楚地看到其層狀特征。
圖二：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有禁帶寬度1.81 eV、吸光系數(shù)高，并研究了其能帶結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 【引言】
目前有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）已經(jīng)高達(dá)23.3%，已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)產(chǎn)業(yè)化所需的要求。與此同時(shí)，無(wú)機(jī)銫-鹵化鉛PSC的研究也受到了廣泛的關(guān)注，目前報(bào)道的CsPbI3和CsPbI2Br 無(wú)機(jī)PSCs的PCE也分別超過(guò)了17%和16%。基于無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)電池進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的全無(wú)機(jī)PSC由于其各功能層均具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，有望從根本上解決傳統(tǒng)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化PSC的熱不穩(wěn)定問(wèn)題，從而顯示出更具競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)展前景。新型全無(wú)機(jī)功能層材料及器件結(jié)構(gòu)不斷被開(kāi)發(fā)，器件的PCE也得到了節(jié)節(jié)攀升，小面積PSC已經(jīng)能夠獲得超過(guò)13%的PCE，然而要實(shí)現(xiàn)這種光伏技術(shù)的工業(yè)化生產(chǎn)還需要進(jìn)一步的提升其物相穩(wěn)定性和大面積均勻性。在物相穩(wěn)定性方面，無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料從黑相（α相）到黃相（δ相）的相變被廣泛認(rèn)為是無(wú)機(jī)PSC退化的主要原因。因此，需要制備α相穩(wěn)定的銫-鹵化鉛鈣鈦礦薄膜，以實(shí)現(xiàn)全無(wú)機(jī)PSC的效率和穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，暨南大學(xué)和上海光源、華南理工大學(xué)合作，將InCl3引入無(wú)機(jī)CsPbI2Br鈣鈦礦晶格結(jié)構(gòu)中發(fā)展了一種In3+和Cl-的共摻雜策略，從而成功獲得了α相純凈且穩(wěn)定的鈣鈦礦薄膜，其與CsPbI2Br鈣鈦礦的共摻雜誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)重建有關(guān)。研究中，所制備的全無(wú)機(jī)PSC不僅PCE有所提升，并且在空氣環(huán)境中表現(xiàn)出更優(yōu)的濕度穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。進(jìn)一步地，通過(guò)輻射加熱方法，對(duì)于小面積（0.09 cm2）和平方厘米（1.00 cm2）的全無(wú)機(jī)InCl3:CsPbI2Br PSC，分別獲得13.74%和11.4%的最高PCE。
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光伏鈣鈦礦的最新內(nèi)容
comsol鈣鈦礦太陽(yáng)能電池仿真2個(gè)月前
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池仿真，半導(dǎo)體模塊不會(huì)設(shè)置，需要出p-v J-V曲線(xiàn)圖，還請(qǐng)大神們指點(diǎn)一二
在光電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，鈣鈦礦基發(fā)光二極管（PeLED）以其獨(dú)特的材料優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。這類(lèi)器件不僅具備可調(diào)帶隙、高色純度和低溫制備兼容性等突出特性，在近紅外（NIR）光發(fā)射領(lǐng)域更展現(xiàn)出巨大潛力。然而，光提取效率（LEE）受限一直是制約PeLED性能提升的關(guān)鍵瓶頸。近期，一項(xiàng)發(fā)表于《Scientific Reports》的研究通過(guò)創(chuàng)新的層厚度優(yōu)化策略與活性層吸收調(diào)控技術(shù)
“雙碳”目標(biāo)是我國(guó)作出的重大戰(zhàn)略決策，發(fā)展清潔低成本的太陽(yáng)能光伏發(fā)電是實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略目標(biāo)的重要途徑和技術(shù)保障。現(xiàn)有的晶硅太陽(yáng)能電池已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用，但其光電轉(zhuǎn)換效率日趨產(chǎn)業(yè)化極限效率；光伏發(fā)電的成本與電池效率密切關(guān)聯(lián)，效率每提升1%絕對(duì)值，發(fā)電成本可降低7%。因此，發(fā)展更高效率的新型光伏技術(shù)，突破傳統(tǒng)晶硅電池的極限效率，進(jìn)一步降低光伏發(fā)電成本
有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合鈣鈦礦由于具有高光吸收、低結(jié)合能、高缺陷容忍度、高載流子遷移率和長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)，在太陽(yáng)能電池的發(fā)展中引起了極大的研究興趣。在過(guò)去的幾年里，三維鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率迅速提高到25%，接近Shockley-Queisser極限。然而，二維Ruddlesden-Popper(RP)鈣鈦礦由于其不完全的光吸收和電荷傳輸，因此表現(xiàn)出相對(duì)較低的效率。 來(lái)自華中科技大學(xué)的學(xué)者制備
蓋世汽車(chē)訊 據(jù)外媒報(bào)道，倫敦瑪麗女王大學(xué)（Queen Mary University of London）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新工藝，以生產(chǎn)穩(wěn)定的鈣鈦礦材料，制造更高效的太陽(yáng)能電池。
（圖片來(lái)源：倫敦瑪麗女王大學(xué)）
在太陽(yáng)能電池中，晶體硅是應(yīng)用最廣泛的材料。然而，由金屬鹵化物鈣鈦礦材料制成的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池（PSC）的效率超過(guò)20%，只有使用昂貴的有機(jī)空穴傳輸材料才能實(shí)現(xiàn)。 瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院M. Ibrahim Dar和Michael Gr?tzel（共同通訊） 等人 證明了PSC使用硫氰酸銅（CuSCN）作為空穴注入層，可實(shí)現(xiàn)超過(guò)20%的效率。一種快速的溶劑去除方法能夠產(chǎn)生緊湊的、高度保形的CuSCN層，從而促進(jìn)快速的載體提取和收集。PSC在長(zhǎng)期加熱下表現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性，盡
來(lái)自意大利理工學(xué)院等單位的研究人員報(bào)道了一種一步合成嵌在兩親性聚合物PAA-b-PS膠束中的鹵化物鈣鈦礦納米晶體的方法，該方法基于在甲苯中注入PAA-b-PS，PbBr2，ABr（A=Cs，甲脒或兩者）和“添加劑”分子的二甲基甲酰胺溶液。這些雙功能或三功能短鏈有機(jī)分子改善了納米晶體聚合物相容性，提高了納米晶體對(duì)極性溶劑和高通量輻照的穩(wěn)定性。相關(guān)論文以題目為“Switchable Anion Exc
近年來(lái)，CsPbX3（X=Cl、Br、I）鹵化物鈣鈦礦由于其較高的量子產(chǎn)率（高達(dá)90%），較窄的半高寬（20-25nm）而受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。對(duì)于CsPbX3（X=Cl、Br、I）鹵化物鈣鈦礦穩(wěn)定性的提高、在可見(jiàn)光區(qū)的性能研究已經(jīng)有科研工作者做了大量研究工作。目前對(duì)于稀土離子取代Pb2+而成為CsPbX3（X=Cl、Br、I）鹵化物鈣鈦礦玻璃的紅外發(fā)光中心的工作尚未報(bào)道。 本文為本期的Su
Sn基鹵化鉛鈣鈦礦在光伏器件中有著明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其潛在光電特性的認(rèn)識(shí)仍在不斷涌現(xiàn)。在這里，一個(gè)障礙是內(nèi)在效應(yīng)和源自缺陷化學(xué)的外在效應(yīng)的相互作用。此類(lèi)問(wèn)題在富錫化學(xué)計(jì)量中尤為突出，其中錫在其2+狀態(tài)下不穩(wěn)定，導(dǎo)致空穴的高背景摻雜密度。因此，該領(lǐng)域仍在努力探索光電性能的真正基本極限，這可能被這種無(wú)意摻雜所掩蓋。這篇綜述旨在揭示這些效應(yīng)，提供一個(gè)關(guān)于錫的光電特性的清晰觀(guān)點(diǎn)。
金屬鹵化物離子八面體[MX6]（M=金屬陽(yáng)離子，X=鹵化物陰離子）被認(rèn)為是金屬鹵化物鈣鈦礦的基本功能單元。通過(guò)將鹵化物鈣鈦礦中的金屬鹵化物離子八面體表示為超級(jí)離子/原子，可以將鹵化物鈣鈦礦描述為由選定陽(yáng)離子平衡的擴(kuò)展離子八面體網(wǎng)絡(luò)（離子）電荷。這種基于離子的鹵化物鈣鈦礦的新觀(guān)點(diǎn)使得能夠預(yù)測(cè)基于不同固態(tài)晶格的金屬鹵化物八面體。 在這項(xiàng)工作中，來(lái)自加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的研究人員基于BaTiO3晶格
