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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
滤液循环利用一步法生产活性微细/纳米碳酸钙
一、项目简介水资源消耗量大及废液排放引起环境污染是困扰碳酸钙行业的问题之一。滤液循环利用一步法生产活性微细碳酸钙技术可以有效地解决这一难题。该工艺可实现污水零排放,且碳化活化一次完成,省去了传统生产方法的活化工序,设备投资少,操作简单,可用于新建厂或现有轻钙企业的技术改造。二、市场前景我国石灰石资源丰富,碳酸钙产品用途极为广泛:塑料工业是目前碳酸钙用量最大、使用最广、技术最成熟的行业。塑料工业中碳酸钙主要用作填充剂,填充量一般在5%-30%,填入塑料中可增加塑料体积、降低产品成本,提高塑料的尺寸稳定性、硬度和刚性,改善塑料的加工性能、耐热性和散光性能。 造纸行业是碳酸钙最具开发潜力的市场。世界上在纸张中碳酸钙的填充量约为纸张重量的20%-40%。碳酸钙加入纸张涂覆料中可以提高涂覆层的光泽、白度、不透明度、油吸收性、平滑度、抗老化性、耐菌性等。由于纳米碳酸钙添加到纸中具有良好的透气性,是高档制品的理想填料,如女性用卫生巾、婴儿用尿不湿、卷烟用纸等。碳酸钙是橡胶工业中使用最早、用量最大的填充剂,填充量一般在5%-75%。碳酸钙大量填充在橡胶制品中,可以增加制品的体积,节约昂贵的天然橡胶和降低成本。碳酸钙在涂料中的应用研究表明,用纳米碳酸钙填充涂料可以提高涂料的柔韧性、硬度、流变性和光学性能。将其添加到胶乳中,能对涂料形成屏蔽作用,达到抗紫外线和防热老化的作用,增加涂料的隔热性。碳酸钙在油墨中的填充量一般在5-40%。由于纳米碳酸钙在油墨产品中能体现出优异的分散性和透明性、极好的光泽和遮盖力及优异的油墨吸收性和高干燥性,因而被广泛用于高档油墨中作为填料。还可以被用作硅酮胶的增强剂,能极大地提高硅酮剂的拉伸强度、模量性能和硬度。此外,碳酸钙还广泛应用于制药、生物发酵、日用化工等行业,随着碳酸钙制备和表面修饰技术的进一步发展,碳酸钙的使用范围将更加广阔,应用前景将更辉煌。三、规模与投资生产规模根据厂家要求而定。年产1万吨投资100~150万元人民币,自动化程度越高,投资数额越大,且受市场影响价格会有波动。四、生产设备  主要设备包括:石灰窑、化灰机、碳化塔、压滤机、干燥机、包装机等。五、效益分析每1万吨产品年利润150~500万元人民币。受市场影响价格会有波动。六、合作方式  厂方支付技术转让费,我方提供全部设计图纸,并负责开车。项目负责人:胡琳娜 联系电话: 022-60204744,13622124805
河北工业大学 2021-04-13
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
一种利用放电等离子烧结技术制备铝酸三钙的方法
本发明涉及一种利用放电等离子烧结技术制备铝酸三钙的方法,以分析纯碳酸钙 CaCO3 和分析纯 γ 相氧化铝 γ-Al2O3 为原料,球磨后在真空度为(30-50)Pa、脉冲比(ON/OFF)为(6/1-48/8)和轴向压力为 (1-3)kN 的条件下,控制放电等离子烧结炉的升温速率和降温速率,当样品温度降至(60-90)°C时取出磨 细成尺寸小于 20μm 的颗粒,即得到铝酸三钙。本方法简单方便,合成
武汉大学 2021-04-14
硫酸钙的高值化利用——有机酸行业废渣石膏的处理
有机酸行业有大量的固废硫酸钙,难以处理。本技术通过一套新型的转晶的技术,并开发了一系列转晶剂和改性剂,可以有效的将普通的二水合物硫酸钙,转化为硫酸钙晶须(市场价4500元/吨),极大的提升了产品的附加值,所得晶须的堆积密度在0.18~0.21g/cm3,含水量小于0.5%,白度高,稳定性好,且呈现出良好的力学性能,可以广泛应用至造纸、橡胶、涂料、粘合剂等行业。 技术特点 1、生产成本低,硫酸钙无水晶须可以控制在1500~1700元/吨; 2、晶须质量好,白度高,稳定,力学性能高,在使用过程中不易转化。 推广应用 目前成果已经完成了1000吨规模的中试生产线,产品质量与实验室成果基本保持一致。产品可广泛应用于造纸、橡胶、涂料、粘合剂等行业。
南京工业大学 2021-01-12
硅酸铝纤维纺织棉
鲁阳®硅酸铝纤维纺织棉将标准陶瓷纤维甩丝棉经过特殊工艺加工而成,该纤维直径均匀、可纺率高,是生产纺织品的理想原材料。应用在纤维毯、板制品原料,高温窑炉、加热装置、壁衬缝隙填充料,湿法制品原材料,纤维喷涂、浇注料、涂抹料原料,边角及复杂空间的隔热填充材料等领域。产品特性:低热容量,低热导率优良的化学稳定性优良的热稳定性不含结合剂和腐蚀性物质优良的吸音性主要技术性能指标:名称硅酸铝纤维纺织棉
山东鲁阳节能材料股份有限公司 2021-08-30
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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