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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
限域效应驱动的二维碘化铅钙钛矿铁电体的发现
前期,东南大学化学化工学院国际分子铁电科学与应用研究院暨江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室科研人员首次发现了杂化铅碘钙钛矿分子铁电薄膜中的“涡旋-反涡旋”(vortex-antivortex)畴结构。此次,
东南大学 2021-01-12
一种促进细胞生长的柞蚕丝素的生物矿化方法
本发明涉及一种促进细胞生长的柞蚕丝素的生物矿化方法。目前还没有一种操作容易,既快速,又能制备出具有高的生物相容性的柞蚕丝素的生物矿化方法。本发明依次包括如下步骤:将柞蚕蚕茧剪碎,投加到Na2CO3水溶液中脱胶得柞蚕丝素纤维;将柞蚕丝素纤维投加到LiSCN水溶液中溶解后透析,冷冻和干燥后制成柞蚕丝素粉末,再在六氟丙酮中溶解得柞蚕丝素溶液;将柞蚕丝素溶液滴加到塑料板上风干得到柞蚕丝素膜;将柞蚕丝素膜浸渍于CaCl2水溶液中,用水和丙酮清洗,风干,再浸渍于Na2HPO4水溶液中,用水和丙酮清洗,风干,重复操作20-35次,从而制得成品。本发明的工艺简单,制备周期短,制备而成的生物材料没有细胞毒性。
浙江大学 2021-04-13
一种半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本发明公开了一种半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法,钙 钛矿太阳能电池包括透明导电基板 a、无机电子传输层、光捕获层、无 机空穴传输层和透明导电基板 b,其中光捕获层由 DXZ3 型钙钛矿材 料 形 成 , D 选 自 Cs<sup>+</sup> 、 CH3NH3<sup>+</sup> 、 CH(NH2)2<sup>+</sup> 或 其 混 合 物 , X 选 自 P
华中科技大学 2021-04-14
一种二元金属复合钙钛矿材料、制备方法及其应用
本 发 明 公 开 了 三 种 新 的 二 元 金 属 盐 钙 钛 矿 材 料 AB<sup>1</sup>B<sup>2</sup>X3(X:Cl、Br、I)及其制备方法,以及 其在多种结构的钙钛矿太阳能电池制备中应用,属于新材料太阳能电 池 领 域 。 本材料由有机卤化物 <img file=""DDA0000889538320000011.GIF"" wi=""508"" he=""77"" /&g
华中科技大学 2021-04-14
浙江省科学技术厅等12部门关于印发《浙江省加快推动“人工智能+科学”创新发展行动计划(2025-2027年)》的通知
到2027年,浙江初步建成“人工智能+科学”算力底座、数据底座、模型底座,全面优化面向科学研究的人工智能要素供给,推动人工智能在三大科创高地重点领域的深度融合应用,突破一批“人工智能+科学”关键理论和技术,培育4个以上“人工智能+科学”领域基础模型,打造8个以上“人工智能+科学”标杆应用场景,形成20个以上“人工智能+科学”数据知识产权典型案例,赋能1000家以上科技型企业,显著提升科学研究效能,构建具有全球影响力的人工智能赋能科学研究高地,抢占新兴产业和未来产业制高点。
浙江省科学技术厅 2025-07-17
一种医用植入体表面非均相层状的矿化涂层及其制备方法
本发明公开的医用植入体表面非均相层状的矿化涂层,在医用植入体表面自下而上依次有致密壳聚糖层、多孔矿化壳聚糖层和矿化胶原/壳聚糖交联体层。本发明以胶原、壳聚糖、含钙化合物和含磷化合物为原料,在水溶液中下通过电化学反应,在医用金属基体表面一次性组装非均相层状矿化涂层,通过调节电沉积参数,可以调整各相的沉积状态,从而实现非均向层状涂层的制备。本发明方法简单,易行,可控性高,制得的医用材料涂层能够促进细胞在其表面的附着及增殖,具有承载药物的功能,且具有强化的生物活性性能。涂层与金属基板的结合强度高,稳定性好。
浙江大学 2021-04-11
在反式钙钛矿太阳能电池研究中的突破性成果
钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种器件结构。相比于正式器件,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到越来越多的关注。但是,反式结构器件也存在一些显著不足,例如,开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低,这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处,造成了光生载流子的非辐射复合,进而致使能量损失严重,最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善,制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21 V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6 eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率也高达20.90%,这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。
北京大学 2021-04-11
基于醋酸铅前驱体的高效率钙钛矿太阳能电池
近年来,随着环境和能源问题的日益加剧,太阳能以其清洁、可再生的优势引起了科研界和产业界的广泛关注。其中,钙钛矿太阳能电池作为下一代光伏中的新宠,具有易制备、低成本和高效率等特点。短短几年之内发展迅猛,目前最高认证光电转换效率已达22.1%。一般来说,制备钙钛矿活性层最为常见的铅源材料是卤化铅。最近有研究表明,醋酸铅作为较具潜力的传统卤化铅的替代物,价格更为低廉。无需复杂的反溶剂法,只需短暂低温退火即可得到超平整致密的钙钛矿薄膜。这样简单的制备工艺显示出了它的优越性。然而迄今为止,基于醋酸铅前驱体的钙钛矿太阳能电池相比较于其它已经报道的基于传统卤化铅前驱体的平面结钙钛矿太阳能电池在转换效率方面稍显不足。
北京大学 2021-04-11
一种 III-V 族量子点诱导生长钙钛矿晶体的方法
本发明公开了一种 III-V 族量子点诱导生长钙钛矿晶体的方法, 包括以下步骤:(1)将 III-V 族量子点分散于非极性溶剂中得到量子点溶 液,将无机配体溶解于极性溶剂中得到无机配体分散液,再将量子点 溶液与无机配体分散液混合搅拌,极性溶剂所在层即对应第一前驱体溶液;(2)将 PbX2 与 MAX 均匀分散于极性溶剂中得到第二前驱体溶 液;(3)将第一前驱体溶液与第二前驱体溶液混合后利用反溶剂法生长 晶体,从而在
华中科技大学 2021-04-14
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