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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
科技讲堂第四讲|罗喜胜:育人为本、科教融合——关于教育、科技、人才一体化协同推进的思考
由中国高等教育学会科技服务专家指导委员会、中国高等教育培训中心、中国教育在线及千校万企协同创新平台共同举办的“落实全会精神 建设科技强国”科技讲堂第四讲。
中国高等教育学会 2024-10-27
一种硝酸酯可降解生物活性材料及其制备方法与应用
本发明涉及生物活性材料领域,尤其涉及一种硝酸酯可降解生物活性材料及其制备方法与应用。许多血管疾病都与血管内皮细胞衍化释放的舒张因子一氧化氮(NO)的代谢有关系。NO是一种可以通过细胞膜扩散的气体自由基,其最主要的功能是作为心血管系统的生理性调节分子,具有:1)调节血管张力和心肌收缩力,参与动脉血压及器官组织血流量的调节、2)维持血管内皮完整、促进血管新生、3)抑制平滑肌细胞粘附、增殖和迁移、4)抑制血小板在局部的粘附、聚集和白细胞在血管内皮的粘附从而抑制血栓的形成等作用。一氧化氮的重要生理功能,为心血管材料的制备与修饰提供了新视角。本发明的目的在于提供一种硝酸酯可降解生物活性材料及其制备方法与应用,本发明提供的硝酸酯可降解生物活性材料具有缓释气体小分子物质NO的功能。本发明提供了一种硝酸酯可降解生物活性材料,为端羟基可降解聚合物的端羟基共价连接M基团或N基团所得的硝酸酯聚合物、
南开大学 2021-04-10
新一代绿色农药制剂—4.5%高效氯氰菊酯微乳剂
目前高效氯氰菊酯在国内外常用的剂型是乳油,存在缺点是耗用大量有机溶剂、气味大、易燃、污染严重等。我校科研人员经过多年研究,开发成功的4.5%高效氯氰菊酯微乳剂是以廉价水代替昂贵的有机溶剂,使高效氯氰菊酯油性农药在水相中形成透明稳定体系,每吨制剂可节省有机溶剂700kg,降低原材料生产成本,减少易燃性和刺激性,降低毒性,减轻环境污染,提高制剂的精细化水平和商品价值,当前被称为环保型“绿色农药”制剂。
南开大学 2021-04-10
酯交换法生产碳酸二甲酯的节能改造新工艺
碳酸二甲酯(简称 DMC)是近年来受到国内外广泛关注的环保型绿色化工产品,其具有良好的反应活性,可以在诸多领域替代光气、硫酸二甲酯、氯甲烷及 氯甲酸甲酯等剧毒或致癌物进行羫基化、甲基化、甲酯化及酯交换等反应生成多 种重要化工产品。碳酸二甲酯的合成工艺主要有光气法、甲醇氧化羫基化法和酯 交换法三大类。光气法由于使用了剧毒的光气,产品质量差,应用受到限制,且 光气本身的使用也受到限制,目前已逐步被淘汰,后两种方法是当前 DMC 的主要 生产方法,我国碳酸二甲酯的生产以酯交换法为主。酯交换法工艺中存在大量的 反应和常压及加压精馏塔,这些塔的能耗较高,年消耗蒸汽量较大,随着国内能 源价格的逐年增加,产品生产成本增长迅速,对产品的利润空间构成严重威胁。 本项目为自有专利技术,项目是在传统酯交换法合成和恒沸精馏分离工艺的基础 上,结合热泵和挟点技术发展而成的。该技术通过对现有的生产工艺进行综合的 能量匹配和优化,对耗能较大的反应精馏塔等设备进行节能改造,将塔顶蒸汽加 压升温后直接用作塔底再沸器的热源,不需要塔顶冷凝器及其冷却水消耗,也无 需用锅炉对塔底再沸器进行加热。传统工艺采用本项目技术改造后,可做到核心 工艺段能量自产自销,极大程度上降低了蒸气的消耗量,同时也降低了冷却水的 耗量,生产成本大大降低。
西安交通大学 2021-04-11
二氧化碳法合成二甘醇双烯丙基碳酸酯(ADC)
一、项目简介二甘醇双烯丙基碳酸酯(ADC)是一种重要的高分子单体,其共聚物通常称为CR-39,具有高透光性和良好的物理机械性能,如重量轻、硬度高、抗冲击、抗磨损、耐红外、紫外和射线等性能,尤其它的耐腐蚀性高出普通有机玻璃30倍。优良的光学和物理性能使CR-39在光学仪器和国防工业中得到了广泛应用。目前,ADC的工业生产主要有采用光气法,该工艺虽反应条件温和,副产物少,后处理相对简单,但由于光气原料剧毒,且副产HCl腐蚀设备,安全和环保问题突出。本项目采用CO2法代替光气合成ADC,彻底解决了光气法存在的问题。二、市场前景二甘醇双烯丙基碳酸酯(ADC)为生产折射率为1.499的树脂镜片单体,市场前景广阔。三、规模与投资主要原料为:二甘醇、氯丙烯、二氧化碳。四、生产设备  高压釜、过滤机、精馏塔等。五、合作方式:寻求中试放大伙伴。
河北工业大学 2021-04-13
一种荆芥内酯三氟甲基苯甲酸酯及其制备工艺和用途
【发 明 人】 张丽 ; 李念光 ; 姚卫峰 ; 丁安伟 ; 包贝华 ; 陈佩东【技术领域】本发明涉及一种荆芥内酯三氟甲基苯甲酸酯及其制备工艺和用途,属于药物制剂技术领域。【摘要】 本发明公开了一种荆芥内酯三氟甲基苯甲酸酯及其制备工艺和用途,荆芥内酯三氟甲基苯甲酸酯,其特征是分子式为C18H17F3O4,熔点为177-178℃,其比旋度为本发明还公开了它的提取方法,以及在制备抗感冒病毒药物中的应用。
南京中医药大学 2021-04-13
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