钙钛矿单晶薄膜的可控制备与太阳能电池器件研究获进展
作者:欧宝电竞 发布时间:2022-08-01 00:13
本文摘要:近年来,能源需求的剧增和空气污染的激化被迫人们谋求新的洗手可再生能源。太阳能被指出是最不具发展前景的洗手可再生能源之一。 太阳能电池是将太阳能必要转化成电能的装置,可以高效切换并利用太阳能。除了目前主要的硅基太阳能电池外,探索高效率且廉价的新型太阳能电池沦为近年来的研究热点。近年来有机无机杂化MAPbX3(X=Cl,Br和I)钙钛矿材料由于其卓越的光电性能而受到普遍注目。

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近年来,能源需求的剧增和空气污染的激化被迫人们谋求新的洗手可再生能源。太阳能被指出是最不具发展前景的洗手可再生能源之一。

太阳能电池是将太阳能必要转化成电能的装置,可以高效切换并利用太阳能。除了目前主要的硅基太阳能电池外,探索高效率且廉价的新型太阳能电池沦为近年来的研究热点。近年来有机无机杂化MAPbX3(X=Cl,Br和I)钙钛矿材料由于其卓越的光电性能而受到普遍注目。

基于这类钙钛矿结构材料的薄膜太阳能电池短短几年间在效率上屡屡突破,由2009年的将近4%很快提高到了22.1%。除此之外,钙钛矿材料在激光、发光二极管、光电传感器方面也有相当大的应用于前景。但到目前为止,通过各种工艺方法制取的钙钛矿太阳能电池光吸收层都是钙钛矿多晶薄膜,而多晶薄膜不可避免不存在的晶粒边界和表面缺失造成载流子迁移率、寿命和蔓延长度等最重要参数上升。

钙钛矿材料的体相单晶已被证明具备比起于多晶薄膜更加较低的缺失态密度、更高的载流子迁移率和更长的载流子填充寿命等优势。然而,由于该类材料本身具备较高的光吸收系数,常规方法制取的钙钛矿体互为单晶厚度过大,不会造成载流子填充概率减少,不合适用作必要制取太阳能电池等器件。

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中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室研究员胡劲松课题组科研人员在中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委的反对下,前期发展了适合于制取较小面积钙钛矿吸取层并能提高其晶粒尺寸,从而提升电池切换效率的方法(J.Mater.Chem.A,2016,4,13458);研究了通过稀土元素掺入提高介孔层能级从而提升电池效率的方法(Nanoscale,2016,8,16881);并且利用扫瞄探针显微镜技术研究了钙钛矿吸取层微观形貌与其性能间的关系(ACSAppl.Mater.Interfaces,2015,7,28518;ACSAppl.Mater.Interfaces,2016,8,26002)。最近,研究人员在钙钛矿单晶薄膜的可掌控补和性能研究方面获得新进展。研究人员发展了一种利用空间限域起到的溶液互为方法,构建了在基底上原位制取毫米级高质量有机无机杂化MAPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿单晶薄膜。

该方法制取的单晶薄膜厚度可以在几十纳米到几微米范围内固定式,同时对基底无选择性,可在柔性基底及表面粗糙度较高的材料等多种基底上原位生长,适宜于各种器件的制取。这是首次取得百纳米级厚度适合于必要制取太阳能电池等器件的较小面积单晶钙钛矿薄膜的报导。

研究指出所制取单晶薄膜具备较好的结晶性,与基底认识较好,并且具备与体相钙钛矿单晶非常的光学和电学性能,为更进一步制取和研究钙钛矿单晶薄膜太阳能电池及其他单晶器件修筑了新的途径。该工作公开发表在J.Am.Chem.Soc.,2016,138,16196。


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