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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
煤矿井下充填物料管状带式输送机
针对煤炭沿空留巷开采技术中充填物料的运输问题,研制新型井下物料填充管状带式输送机。考虑到井下作业现场的环境及安全要求,本项目拟从以下几个方面开展运输系统的设计工作:(1)安全防爆。为了适用于煤矿行业有甲烷、煤尘等爆炸性混合物气体的危险环境,输送系统应当具备优良的防爆性能,电器及控制系统必须采 用防爆安全设计,并取得国家煤炭安全认证,取得 MA 标志;(2)环保健康。井下巷道作业空间狭小,易产生煤矿呼吸性粉尘污染,损害工人身体健康,输送系统应当考 虑环保健康性,减少转载环节,密闭运输空间,降低粉尘产生;(3)体积小。输送系统应当采用集成化、小型化设计,节约安装空间,增强适应性,降低支护费用。
安徽理工大学 2021-04-11
一种带真空干燥功能的混料机
成果描述:本实用新型公开了一种带真空干燥功能的混料机,包括底座、电机仓、电动机、减速机、真空泵、密封轴承、混料仓、搅拌杆、空气进口、隔音棉和加热器,所述底座上方设置有支架,所述支架内部设置有电机仓,所述电机仓内部设置有电动机以及设置在电动机上侧的减速机,所述电机仓上端设置有真空泵,所述真空泵通过旋转接头、密封轴承和轴承座与混料仓连接,所述真空泵一端设置有过滤器,所述混料仓上端设置有进料口,所述混料仓下端设置有出料口。本实用新型结构简单,设计新颖,通过设置的加热器和真空泵可以实现在搅拌混料的过程中对物料进行干燥处理,大大提高工作效率,具有很好的推广价值。市场前景分析:本实用新型结构简单,设计新颖,通过设置的加热器和真空泵可以实现在搅拌混料的过程中对物料进行干燥处理,大大提高工作效率,具有很好的推广价值。与同类成果相比的优势分析:国内领先
成都大学 2021-04-10
一种带无线串口的手持式料位计
通过对传统激光料位计的改造,加入无线发送模块,在上位机加入无线接收模块,通过2.4GHZ无线通讯方式,将传感器数据直接传输到上位机。传感器的数据可以是4-20ma模拟量也可以是RS485数字量。这样省了传感器传输的布线问题。
江苏师范大学 2021-04-11
带拉杆的后张预应力地下连续墙结构
本实用新型公开了一种带拉杆的后张预应力地下连续墙结构。该带拉杆的后张预应力地下连续墙结构,预应力钢筋的下端通过圆环与矩形长条钢管焊接,且圆环位于矩形长条钢管的内部与矩形长条钢管焊接;多根预应力钢筋的下端沿着一根矩形长条钢管的长度方向排列并焊接在矩形长条钢管的上面;矩形长条钢管的下面设有垫板;在地下连续墙混凝土墙体浇筑完成后,经过张拉的预应力钢筋的上端采用张拉端锚具来固定预应力钢筋;拉杆的一端与地面所设孔道连接,拉杆的另一端设在与地下连续墙墙体上的拉杆固定锚具连接。本实用新型在基坑开挖的工程中可以减小
安徽建筑大学 2021-01-12
一种带可控风门的多风扇冷却模块
本实用新型公开了一种带可控风门的多风扇冷却模块,包括散热器、安装框架、减震支架、可控风门、导风罩、电子风扇和控制器ECU。车辆高温季节低热负荷运行工况时,通过调节可控风门的开度,可使得多风扇冷却模块的冷却效率明显提高,本实用新型实施案例中提高幅度为6.5%~17.7%。车辆在低温季节运行时,调节可控气门的开度,避免车辆被过度冷却,进而避免车辆耗油过高。
浙江大学 2021-04-13
宽禁带半导体 ZnO 和 AlN 单晶生长技术
中试阶段/n作为第三代半导体的核心基础材料之一的 ZnO 晶体既是一种宽禁带半导体,又 是一种具有优异光电性能和压电性能的多功能晶体。中国科学院半导体研究所的科 研人员研究掌握了一种生长高质量、大尺寸 ZnO 单晶材料的新型技术方法-化学气 相传输法(CVT 法)。III 族氮化物 GaN、AlN 及其三元组合化合物是制造波长为 190nm-350nm 的发光器件和新型大功率电子器件的基础材料。AlN 具有高热导率 (3.4W/cmK),与高 Al 组份的 AlGaN 材料和 GaN 材料晶格匹配等
中国科学院大学 2021-01-12
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