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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
面向物联网的硅基固支梁可重构SIW带通滤波器
本发明公开了一种面向物联网的硅基固支梁可重构SIW带通滤波器,包括SIW带通滤波器、转接结构(3)和MEMS固支梁结构。SIW带通滤波器包括相互级联的SIW谐振腔(9),相邻的SIW谐振腔之间存在耦合窗口(14),MEMS固支梁结构设置于耦合窗口中。在一些特定的需要控制无源滤波器通带中心频率频繁切换的电路中,本发明通过MEMS固支梁结构很好的避免了需要依靠增加滤波器数量去控制电路的问题,并且MEMS固支梁结构的闭合所需要的电压较小也基本不会影响电路的正常工作,能够有效地降低电路控制的功耗。MEMS固支梁(6)可以实现快速的DOWN态和UP态的转换,可以有效地实现微波电路中对滤波器滤波范围的控制。
东南大学 2021-04-11
一种磷硅镉单晶体的生长方法与生长容器
一种磷硅镉单晶体的制备方法,以富磷CdSiP2多晶粉末为原料,工艺步骤为:(1)生长容器的清洗与干燥;(2)装料;(3)将装有生长原料并封结的双层坩埚放入三温区管式晶体生长炉,然后将生长炉的高温区和低温区以30~60℃/h的速率分别升温至1150~1180℃、950~1050℃,并保持该温度,继后调节梯度区的温度,使温度梯度为10~20℃/cm,当所述生长原料在高温区保温12~36h后,控制双层坩埚以3~6mm/day匀速下降,当双层坩埚下降到低温区并完成单晶生长后,使其停止下降,在低温区保温24~72h,保温时间届满,将高温区、梯度温区、低温区的温度同时以20~60℃/h降至室温。一种单晶体生长容器,由内层坩埚和外层坩埚组成,内层坩埚与外层坩埚之间的环形腔室内加有调压用CdSiP2多晶粉末。
四川大学 2021-04-11
一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法
本发明公开了一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法,采用将金属纳米颗粒分散在醇溶剂中形成金属纳米颗粒胶体溶液,在硅太阳电池片迎光面上,丝网印刷或喷淋或旋涂金属纳米颗粒胶体溶液,烘烤使醇溶剂从电池片表面挥发完全,在保护气体氛围下进行快速热处理退火温度,再进行二次常规热处理退火,实现硅太阳电池表面等离子体增益。本发明方法具有成本低、易操作、效率提升效果好的特点,具有较大的应用前景。
浙江大学 2021-04-11
表面包硅的近红外荧光磁性纳米粒子及其制备方法和应用
本发明公开了表面包硅的近红外荧光磁性纳米复合粒子及其制备方法和应用,属于 纳米技术与生物医学的交叉领域。本发明是在微乳体系中,将磁性纳米粒子与近红外荧 光量子点纳米粒子或近红外荧光有机染料分子一起包埋到二氧化硅粒子中,形成表面包 硅的近红外荧光磁性纳米复合粒子,这种纳米复合粒子中还可以结合抗癌药物以及具有 靶向识别功能的抗体、配体、多肽、细胞因子等多种生物分子。本发明通过纳米粒子的 磁学性质、量子尺寸效应、光的热效应以及抗癌药物的药效作用和生物分子的识别功能, 将制备的纳米复合粒子用于肿瘤的治疗中,在医学领域具有广阔的应用前景。
同济大学 2021-04-13
硅基悬臂梁耦合直接加热式毫米波信号检测仪器
本发明的硅基悬臂梁耦合直接加热式毫米波信号检测仪器是由传感器、模数转换和液晶显示三大模块组成,传感器模块是由悬臂梁耦合结构、功率分配/合成器、直接加热式微波功率传感器和开关构成,衬底材料为高阻Si,功率通过输入端口对应的CPW信号线终端的直接加热式微波功率传感器进行检测;频率检测通过利用直接加热式微波功率传感器测量两路在中心频率处相位差为90度的耦合信号的合成功率实现;相位检测通过将两路在中心频率处相位差为90度的耦合信号,分别同两路等分后的参考信号合成,同样利用直接加热式微波功率传感器检测合成功率
东南大学 2021-04-14
硅基未知频率缝隙耦合式直接式毫米波相位检测器
本发明的硅基未知频率缝隙耦合式直接式毫米波相位检测器是由共面波导、缝隙耦合结构、移相器、单刀双掷开关、Wilkinson功分器、Wilkinson功合器以及直接式热电式功率传感器所构成,整个结构基于高阻Si衬底制作,一共设置有四个缝隙耦合结构,上方的两个缝隙耦合结构实现信号的频率测量,下方的两个缝隙耦合结构实现信号的相位测量,在前后缝隙之间设置有一段移相器;Wilkinson功分器和Wilkinson功合器是由共面波导、非对称共面带线和一个隔离电阻组成;直接式热电式功率传感器主要由共面波导、两个热电
东南大学 2021-04-14
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