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钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
钙钛矿太阳能电池制备工艺简单,成本低廉。近年来,该类太阳能电池因其快速增长的光电转换效率和逐步提升的器件稳定性,吸引了学术界和产业界的广泛关注,为光伏领域带来了新的机遇。然而,由于钙钛矿太阳能电池中存在非辐射复合损失,所以目前的光电转换效率依然低于肖克利-奎塞尔(Shockley-Queisser)理论所定义的极限效率。因此,最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失是进一步提升电池器件效率的未来研究重点。 鉴于此,研究团队基于已有的研究基础,对“最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失”这一论题进行深入探讨和系统总结。该综述文章主要包括以下几个方面:首先,介绍了钙钛矿太阳能电池中非辐射复合的起源,并详细讨论了非辐射复合损失的定量化测试方法;其次,系统总结了在降低非辐射复合损失方面的最近研究进展;再次,依据肖克利-奎塞尔理论,对钙钛矿太阳能电池所能够获得的最高光电转换效率进行了科学预测;最后,在展望部分,前瞻性地指出了最大化降低非辐射复合损失的未来努力方向。图1. 金属卤化物钙钛矿活性层内的电荷载流子产生与复合动力学机制 在理想的金属卤化物钙钛矿半导体材料中,所有的光生电子和空穴最终将通过发射光子的方式进行复合(即:辐射复合)。然而,在实际的钙钛矿太阳能电池中存在大量的非辐射复合通道(如图1所示),绝大部分光生载流子将优先通过其他非辐射途径进行复合(例如,缺陷辅助复合,俄歇复合,界面诱导复合,电声耦合,带尾态复合等)。这些非辐射复合损失过程极大降低了电池在稳态下的光生载流子浓度,从而减小了金属卤化物钙钛矿层中准费米能级劈裂的能级差,最终造成钙钛矿太阳能电池较大的电压损失。因此,最大化降低或抑制这些非辐射复合通道是提升器件开路电压和光电转换效率的关键。 针对各种非辐射复合通道,该综述首先介绍了目前量化分析非辐射复合损失的常规测试技术以及测试要点,如图2所示。图2. 量化钙钛矿薄膜和完整器件中非辐射复合损失的表征技术 随后,结合当前研究现状,进一步梳理了近年来在降低非辐射复合损失方面取得的一系列重要进展。值得一提的是,该研究团队去年在《Science》杂志上报道的基于溶液二次生长方法构建渐变结的策略(如图3所示),在降低反式钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失方面效果显著(Science 360, 1442-1446)。此后,一系列研究报道显示,相似的策略在正式常规结构钙钛矿太阳能电池和全无机钙钛矿太阳能电池中也可以获得正向的实验结果。由此说明,在金属卤化物钙钛矿半导体材料中构建有效的渐变结对后续降低非辐射复合损失具有非常重要的借鉴价值。图3. 渐变结钙钛矿太阳能电池器件结构和渐变结的时间分辨光谱 此外,该综述还以当前最高效率的砷化镓太阳能电池为参照,先假定钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失与砷化镓太阳能电池的情形一致,再依据肖克利-奎塞尔理论,对钙钛矿太阳能电池所能够获得的性能参数进行科学预测,进而给出电池器件所能达到的最高光电转换效率,如图4所示。图4. 当钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失与当前最高效率砷化镓太阳能电池的情况相同时,单结钙钛矿太阳能电池可实现的最优器件性能参数 最后,该综述也指出,目前提升器件性能的两条主要途径是最优化光子俘获和最大化降低非辐射复合损失。如果能将二者进行有效整合,探索更可靠的协同优化策略,这可能会是将器件光电转换效率提升至接近理论极限的可行方案。为此,综述也对一些未来的努力方向进行了展望。 总的来说,该综述为最大程度地降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失提供了理论总结,也为开展实验工作提供了参考借鉴,对进一步提升电池效率,推动该类电池产业化应用有重要意义。
北京大学 2021-04-11
基于滚压振动研磨制备纳米功能材料,设计锌空电池的电极结构
通过滚压振动磨制备纳米锌粉颗粒、氮化硼纳米片,以碳膜为骨架制成锌空电池的柔性薄膜电极;制备出四氧化三钴纳米花颗粒作为催化剂,设计开发了一 维纳米花颗粒/二维氮化硼纳米片/碳纳米管三维网状结构复合的多维复合多孔 空气电极结构。
上海理工大学 2021-01-12
高功率锌镍一次电池正极羟基氧化镍材料生产技术
高功率锌镍一次电池具有很多优点:①与碱锰电池相比可大功率放电,适合数码相机、摄像机、电动玩具等便携式电子产品使用,如在数码相机中照相的张数可比碱锰电池多3倍以上;②与镍氢电池、锂离子电池相比则不需要充电器进行充电,买来则可使用,很方便;③组装工艺成熟,可利用现成的碱锰电池生产线组装;④适用面广,目前使用锌锰电池、碱锰电池、镍氢电池的地方就可使用锌镍一次电池;⑤绿色电池,对环境没有污染。生产锌镍一次电池的关键就在于其正极材料羟基氧化镍,羟基氧化镍的研发国内外都刚刚起
厦门大学 2021-01-12
高结晶性银粉及晶硅太阳能电池正面银浆
本项目是通过控制液相还原条件下银纳米晶的成核和生长速度,可以得到 单分散的、高结晶性的单晶银纳米粉;通过引入银纳米晶核,控制溶液相中均 79 相成核和晶体的各向异性生长,可以制备单分散的、高结晶性的银微米粉,进 而制得太阳能电池正面银浆。
山东大学 2021-04-13
燃料电池重型商用车液氢动力系统平台关键技术
亿华通是清华大学车辆与运载学院欧阳明高院士团队培育的新能源科技公司,是车辆与运载学院科研成果转化的典型代表。亿华通于 2020 年 8 月 10 日登陆科创板,被业内称为“中国氢能第一股”,专注于氢燃料电池发动机系统的研发及产业化。 2020 年 9 月 8 日,由清华大学车辆与运载学院李建秋教授团队牵头研发的燃料电池液氢电动轮重卡于服贸会正式亮相,燃料电池液氢电动轮重卡为北京市科技计划重点项目成果,由清华大学联合福田汽车、亿华通等单位共同推进。新型重卡搭载了“燃料电池重型商用车液氢动力系统平台关键技术”。据李建秋教授介绍,此项技术的载体先后历经了客车、卡车,后逐渐拓展到重型车辆。在研发过程中,李建秋教授团队先后攻克了大功率燃烧电池发动机技术、车载大容量液氢储供氢技术以及轮毂电机驱动的电动桥技术等难关,实现了重卡领域里程碑式的技术突破,使本次展出的项目成果成为全球首台同时集成这三项关键技术的重卡。另外,这款新型重卡的所有关键零部件均为国内企业自主研发、试制,代表着我国在重型车辆电动化方向的研发已达国际先进水平,站上了引领行业发展的技术制高点。
清华大学 2021-04-13
燃料电池低速微型电动车(Fuel Cell Low-speed Micro Electric Veh
南京大学氢能源电动车以模块化氢燃料电池驱动电源系统(HyBa)作为主动力电源。氢燃料电池与蓄电池、太阳能电池混合使用,使用过程中实现燃料电池和蓄电池的自动切换。电动车在运行和停止时,燃料电池根据蓄电池的状态自动给蓄电池充电。其中相关专利7项,分别为燃料电池电堆、膜电极扩散层及其制备方法、膜电极支撑层及其制备方法、质子交换膜燃料电池空气流场板、Pt-Cu纳晶催化剂、氢燃料电池独立电源系统、Pt-Cr/V合金纳晶催化剂。电能由氢气通过燃料电池转化而来,发电效率高,排放的是水,清洁无污染,所以是名副其实的
南京大学 2021-04-14
纳米新能源材料能量转化的新规律及在高端电池中的应用
课题从事纳米新能源材料能量转化的新规律及在高端电池中的应用基础研究,在金属-空气电池、锂离子电池关键材料与技术以及能源清洁高效利用等领域开展工作,制备了一系列的金属与合金、金属氧化物、金属硫化物纳米材料以及无机/有机复合材料等,研究了纳/微米材料组成、结构、形貌与电极性能之间的关系,考察了材料高效储能的化学热力学、动力学等性能,并开展其能量转换与储存新规律的探索研究,探讨解决提升高能化学电源的容量、功率与寿命的有效途径。为纳米新能源材料的制备、表征及在能源领域的应用打下了基础。 研究
南开大学 2021-04-14
采用全固态薄膜锂电池的背包内嵌储能装置无线充电系统
本实用新型公开了一种采用全固态薄膜锂电池的背包内嵌储能装置无线充电系统,包括发射单元和 接收单元,发射单元包括第一 AC-DC 模块、DC-DC 模块、高频逆变模块、第一控制器、第一检测电路、 第二检测电路和发射机构;接收单元包括接收机构、第二 AC-DC 模块、第三检测电路、第二控制器和 储能单元,储能单元为全固态薄膜锂离子电池。本实用新型采用磁耦合谐振式无线电能传输技术实现储 能单元的无线充电,大大地简化了充电过程,可有效避免因遗忘而未对背
武汉大学 2021-04-14
一种微生物燃料电池的复合阳极及其制备方法
本发明公开了一种微生物燃料电池的复合阳极及其制备方法。本发明复合阳极为负载季铵盐为官能 团的聚合物和导电碳粉的活性炭颗粒填料阳极,活性炭颗粒的多孔结构附着面积大、提高了负载量。通 过将用含有负载季铵盐为官能团的聚合物和导电碳粉的混合液浇铸活性炭颗粒填料阳极,烘干后即得到 复合阳极。本发明复合阳极在无任何外加 pH 缓冲盐时,季铵化阴离子交换聚合物作为一种固态 pH 缓 冲物质能加快阴离子传递到阳极,避免了阳极 pH 下降导致系统性能的下降。季铵
武汉大学 2021-04-14
具有抗反极功能的高耐久、高性能燃料电池催化剂
燃料电池催化剂是燃料电池最重要的材料,其性能的好坏对燃料电池性能有决定性的影响。针对目前广泛使用的 Pt/C 类燃料电池 存在的耐久性不足、缺乏抗反极功能等问题,本团队研发了一种具有良好性能的燃料电池催化剂,具有以下技术优势:(1)催化活性可完全媲美目前国际品牌的优秀催化剂;(2)耐久性可达商品催化剂的 3-4 倍,可达到美国能源部对燃料电池催化剂的耐久性要求;(3)具有优秀的抗反极性能,其抗反极时间可比目前的商品催化剂延长 3 倍左右。(4)成本仅为目前市场上燃料电池催化剂的 40%左右。 
华南理工大学 2023-05-08
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