發(fā)布時(shí)間：2021-08-17 05:08

　　近年來(lái),鈣鈦礦材料因具有良好的光電性能和電荷傳輸特性,被認(rèn)為是太陽(yáng)能電池的后起之秀。可通過(guò)低成本印刷制備的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（F-PSCs）具有輕便、可彎曲的優(yōu)點(diǎn),在便攜式可穿戴電子和光伏建筑等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。通過(guò)對(duì)鈣鈦礦光吸收層、電荷傳輸層、基底和電極材料的優(yōu)化,F-PSCs的效率已經(jīng)超過(guò)20%。制備工藝的快速發(fā)展為F-PSCs的應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文著重介紹F-PSCs中的透明導(dǎo)電底電極材料、電子傳輸材料、空穴傳輸材料和對(duì)電極材料的最新研究進(jìn)展及其對(duì)F-PSCs光電性能和穩(wěn)定性的影響,并對(duì)超薄鈣鈦礦光吸收層的優(yōu)化進(jìn)行了綜述和總結(jié)。最后,對(duì)F-PSCs的大規(guī)模生產(chǎn)和封裝技術(shù)進(jìn)行了介紹。 

【文章來(lái)源】：發(fā)光學(xué)報(bào). 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：20 頁(yè)

【部分圖文】：

基于不同Ag-NWs濃度的鈣鈦礦薄膜的穩(wěn)態(tài)PL光譜(a)和TRPL光譜(b);(c)通過(guò)APTES夾層的PET基底材料和石墨烯之間的化學(xué)相互作用示意圖[23];(d)F-PSCs的彎曲穩(wěn)定性[22];(e)多壁CNT、雙壁CNT和單壁CNT示意圖[25]。

ZnO具有可低溫制備和大面積成膜的優(yōu)點(diǎn),可廣泛用于F-PSCs的電子傳輸層。但是,研究發(fā)現(xiàn)ZnO和鈣鈦礦界面化學(xué)穩(wěn)定性差[47],如何實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的ZnO基F-PSCs仍是現(xiàn)階段面臨的重要挑戰(zhàn)之一。2018年,Chu等利用離子液體(IL-BF4)改性ZnO并將其作為F-PSCs的電子傳輸層。如圖9(a)、(b)所示,與原始基底上的鈣鈦礦薄膜相比,改性后ZnO電子傳輸層上的鈣鈦礦薄膜具有更大的晶粒和更好的結(jié)晶性。其主要原因是高親水性的IL-BF4可以改善ZnO層與PbI2之間的潤(rùn)濕性,有助于PbI2溶液的完全鋪展,從而有利于高質(zhì)量鈣鈦礦膜的形成[48]。2019年,Lim等報(bào)道使用有機(jī)材料(PEIE)作為ZnO電子傳輸層的中間層。如圖9(c)、(d)所示,ZnO/PEIE基F-PSCs的鈣鈦礦薄膜致密性更高,均勻性更好。基于ZnO/PEIE基F-PSCs的效率達(dá)到了11.9%[11]。目前,ZnO作為電子傳輸層在F-PSCs中的應(yīng)用依然存在界面化學(xué)穩(wěn)定性差的問(wèn)題,未來(lái)的研究還需要集中于界面修飾、改進(jìn)工藝來(lái)優(yōu)化ZnO/鈣鈦礦之間的界面,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效、低成本、柔性的ZnO基F-PSCs[11]。3.1.3 SnO2

在F-PSCs中,研究人員還探索了一些新型柔性底電極。例如,將高導(dǎo)電性、高透光率、高覆蓋率的PEDOT∶PSS作為F-PSCs底電極材料。Ou等在F-PSCs中引入了形狀記憶型諾蘭德光學(xué)膠63(NOA63),這種形狀可恢復(fù)的聚合物作為電極可以有效地防止鈣鈦礦層降解和提高器件的彎曲穩(wěn)定性[8]。Tavakoli等利用高透光率、高耐水性以及超薄(50 μm)的柳木玻璃和ITO為基底制備超薄透明的F-PSCs,獲得了12.06%的效率。對(duì)該F-PSCs進(jìn)行90°的彎曲、200次循環(huán)后,仍能保持初始效率的96%以上[35]。2019年,Zhu等以竹子為原料,制造出一種綠色且具有生物相容性的柔性透明導(dǎo)電電極(圖7(c))。該生物電極(b-CNF)獲得了生物質(zhì)電極基F-PSCs的最高PCE記錄,并保持了綠色和生物相容性[36]。2019年,Sun等報(bào)道了一種基于Ag周期網(wǎng)格的獨(dú)特電極結(jié)構(gòu),該電極具有六角密排納米孔,在整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)域具有約19.0 Ω·□-1的方形電阻和66.0%的光學(xué)透過(guò)率,可大幅提高通過(guò)電極的光電流。在彎曲半徑為3.0 mm的情況下,經(jīng)過(guò)1 500次彎曲循環(huán),F-PSCs仍保持其初始效率的90%,基于該周期電極的F-PSCs能夠表現(xiàn)出極佳的彎曲穩(wěn)定性[37]。表1總結(jié)了透明導(dǎo)電底電極材料在不同結(jié)構(gòu)F-PSCs中的關(guān)鍵調(diào)控技術(shù)以及光電性能等指標(biāo)。表1 典型透明導(dǎo)電底電極材料在F-PSCs中的應(yīng)用Tab.1 Application of typical transparent conductive bottom electrode materials in F-PSCs 器件 結(jié)構(gòu) 關(guān)鍵調(diào)控技術(shù) Voc/V Jsc/(mA·cm-2) FF/% PCE/% 參考文獻(xiàn) NOA63/PEDOT∶PSS/MAPbI3/PCBM/EGaln NOA63電極 0.941 16.61 70.1 10.9 [8] Au/PTAA/MAPbI3/PCBM∶GQDs/GR/APTES/Substrate APRES-GR電極 1.06 19.66 72.11 15.03 [23]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中金屬氧化物電子傳輸材料的研究進(jìn)展[J]. 朱立華,商雪妮,雷凱翔,鄭士建,戴其林,陳聰,宋宏偉.  發(fā)光學(xué)報(bào). 2020(05)
[2]高效率鈣鈦礦太陽(yáng)電池發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題[J]. 楊旭東,陳漢,畢恩兵,韓禮元.  物理學(xué)報(bào). 2015(03)



本文編號(hào)：3347122