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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
一种复合型四角蛤蜊有机钙制剂及其制备方法
  【发 明 人】吴皓;王令充;陈士勇;刘睿  【技术领域】  本发明涉及一种钙质,具体涉及一种复合型四角蛤蜊有机钙制剂及其制备方法。  【摘要】本发明公开了一种复合型四角蛤蜊有机钙制剂及其制备方法,该有机钙制剂由90-95份四角蛤蜊有机酸钙、0.l-0.5份维生素B2、0.5-l份维生素D3、1-5份酪蛋白磷酸肽组成。该机酸钙由四角蛤蜊外壳经高温煅烧、粉碎、加盐酸
南京中医药大学 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
纳米氧化锌的制备方法
本发明所述的纳米氧化锌粉的制备方法如下:将可溶性锌盐、氢氧化钾或氢氧化钠、 硼氢化钾或硼氢化钠按摩尔比为 1:0.66:(1~3)加入装有溶剂 N,N-二甲基甲酰胺的 容器中,搅拌,在温度 100~200O C 下保温 2~48 小时,然后冷却至室温,清洗生成物至 pH 值呈中性,最后用无水乙醇清洗、过滤、干燥即可。采用本发明所述的纳米氧化锌粉 的制备方法得到的氧化锌产率接近 100%,纯度也很高,粒度在几纳米到几十纳米之间, 且方法简单,是制备超细纳米氧化锌高端产品的优良工艺方法。
同济大学 2021-04-11
纳米微囊血液代用品
华东理工大学在国家“863”项目和上海市纳米专项项目的资助下,模拟人体天然红细胞的结构,采用四步改性复乳法工艺,以具有良好生物相容性的可降解聚合物为壳材同时包埋血红蛋白、酶,构建粒径大小为70~200nm、包封率高、高铁含量低、具有良好携氧功能的纳米微囊型血液代用品。通过协调溶剂的扩散速率与复乳液滴的纳米化过程,来调控和优化微球的粒径、包封率和表面三维结构,采用过氧化物歧化酶、过氧化氢酶、以及高铁血红蛋白强还原剂和血浆中小分子还原剂的协同效应来控制微球中高铁血红蛋白的含量。建立了微囊中高铁血红蛋白含量的控制方法,以小分子为探针,研究了微球表面物质的传递规律;以Bruno等人建立的血红蛋白血氧饱和度的经典测试方法为基础,借鉴脉冲血氧饱和度仪利用近红外光波对微球的强穿透性以及还原态血红蛋白和氧合态血红蛋白吸收光谱差值较大的特点,设计了一种可用于纳米微囊血液代用品有效性测试的无损检测方法。经检测,其携氧性能指标如P50,Hill系数等与天然血红蛋白接近,表现出优良的携氧性能。所研制的纳米微囊型血液代用品很好地克服了现有血红蛋白基血液代用品的缺点,有望为临床血液的严重短缺和战伤救治应急输血提供新的物质保证。
华东理工大学 2021-04-11
纳米羟基磷灰石(nHAP)牙膏项目
本项目设计开发了中国首款纳米羟基磷灰石(nano-Hydroxyapatite,简称nHAP)牙膏。本牙膏最大的特点是,其主成分羟基磷灰石也是人体骨骼和牙齿的主成分,是构成人体的三大物质之一,在人体骨骼中的含量达65%,牙本质中达70%,牙釉质中更是高达95%。 羟基磷灰石具有优良的生物相容性和生物活性,能与机体组织在界面上实现化学键性结合,在体内有一定的溶解度,能释放对机体无害的离子,能参与体内代谢,对骨质增生有刺激或诱导作用,能促进缺损组织的修复。 羟基磷灰石可作为骨骼或牙齿的诱导因子,在口腔保健领域中对牙齿具有较好的再矿化、脱敏以及美白作用。实验证明HAP粒子与牙釉质生物相容性好,亲和性高,其矿化液能够有效形成再矿化沉积,阻止钙离子流失,封闭牙本质小管,解决牙釉质脱矿和牙本质小管暴露过敏等问题,实现牙釉质的修复再生,从根本上预防龋齿病和牙齿过敏。同时HAP粒子对唾液蛋白、葡聚糖具有强吸附作用,能减少患者口腔的牙菌斑,促进牙龈炎愈合,对龋病、牙周病有较好的防治作用。
北京大学 2021-02-01
纳米纤维基凝胶电解质
凝胶电解质具有电导率高,界面电阻小,安全性高,稳定性好等优势,有望替代传统锂金属电池液体电解液,解决锂金属电池的电解液泄露、高温胀气、锂枝晶等安全问题。 纳米纤维具有纤维直径小、比表面积大、孔隙率高、柔软、耐高低温及有机溶剂腐蚀等特点,保证纳米纤维锂离子电池凝胶电解质具有很强的吸液和保液能力。纳米纤维作为凝胶电解质支撑层不仅保证具有足够的吸收聚合物液体的能力,而且保证电解质的柔性,为可穿戴电子设备提供柔性电源。
北京科技大学 2021-02-01
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