钙钛矿太阳能电池研究进展

时间:2015-03-13 14:19来源:中国科学院作者:yeyan 点击:
------分隔线----------------------------

摘要:钙钛矿材料对可见光的吸收非常好,但其完美的单晶结构从未被彻底研究过。据1月30日的《科学》杂志报道(Science, 2015, 347, 519-522, DOI: 10.1126/science.aaa2725),阿卜杜拉国王科技大学Osman Bakr和多伦多大学Edward H. Sargent的研究团队利用新技术生长出体积超过100立方毫米的钙钛矿单晶,而且研究了当光转换为电时电子在材料中如何移动,从而为开发出更廉价、更高效的太阳能电池和发光二

关键字:钙钛矿太阳能电池,钙钛矿单晶,光电传输

  1. Science:钙钛矿单晶及其光电传输性能研究
 
钙钛矿太阳能电池研究进展
  图:置于低温恒温器上的橙色钙钛矿晶体,来源:多伦多大学
 
  钙钛矿材料对可见光的吸收非常好,但其完美的单晶结构从未被彻底研究过。据1月30日的《科学》杂志报道(Science, 2015, 347, 519-522, DOI: 10.1126/science.aaa2725),阿卜杜拉国王科技大学Osman Bakr和多伦多大学Edward H. Sargent的研究团队利用新技术生长出体积超过100立方毫米的钙钛矿单晶,而且研究了当光转换为电时电子在材料中如何移动,从而为开发出更廉价、更高效的太阳能电池和发光二极管打下了基础。
 
  该团队使用基于激光的组合技术对钙钛矿晶体的所选属性进行了测量。通过追踪材料中电子的快速运动,他们已经能够确定扩散长度(没有被材料缺陷捕获前电子可运动的距离)和迁移率(电子在材料中的运动速度)。
 
  研究人员表示,此项工作确定了钙钛矿材料捕获太阳能的终极能力,从而使竞逐光电转换新记录的赛程中又增加了一名新成员。近年来,钙钛矿材料已确认的光电转换效率飙升至略高于20%,开始接近现今商用级硅基太阳能电池板的性能。鉴于其可由液态化学前驱体简易制造,钙钛矿材料拥有进一步降低太阳能电力成本的极大潜力。
 
  Sargent课题组另一个工作重点是提高纳米工程胶体量子点的效率。“钙钛矿材料长于采集可见光,量子点则优于吸收红外光。” Sargent说。“考虑到太阳光广泛的可见及红外能量光谱,这种材料在收集太阳能方面具有互补优势。” (综合科技日报、新材料在线报道)
 
  2. 以非卤化物为原料制备高效的钙钛矿太阳能电池
 
  钙钛矿太阳能电池是当前光伏领域的研究热点。近日,一支由牛津大学、康奈尔大学、剑桥大学和南京大学组成的联合研究团队,使用一种非卤化物的新颖液体原料——乙酸铅,开发了一种优化制备工艺的方法,制备出薄的、高效以及廉价的平面异质结结构太阳能电池。提出了该研究发表在《自然·通讯》杂志上(Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms7142)。该项目的负责人是该领域领军人物、牛津大学的Henry J. Snaith。
 
  作者在文章中系统地研究了阴离子在钙钛矿溶液中的作用以及对钙钛矿晶体生长、成膜和器件性能的影响。他们发现与氯化铅或碘化铅相比较,以乙酸铅为原料的钙钛矿晶体生长快得多,这使得能够通过简单的一步溶液涂覆法得到超平整的钙钛矿薄膜。文中还探讨了过量的有机组分在钙钛矿结晶过程中的作用。
 
  该研究为通过简单的化学反应调控晶体生长动力学铺平了道路。
 
  3. 美开发出制备高效钙钛矿太阳能电池的新技术
 
  来自拉斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的科学家们在1月30日的《科学》杂志上(Science, 2015, 347, 522-525,DOI: 10.1126/science.aaa0472)报道了一种新的技术,该技术基于溶液热铸造法,可以用大尺寸钙钛矿晶体来高效制备可量产的太阳能电池。
 
  领导该项目的Los Alamos科学家Aditya Mohite表示:“钙钛矿晶体为未来开发低成本、基于太阳能的清洁能源解决方案提供了一条有希望的途径。”
 
  研究人员制备了由毫米级大晶粒钙钛矿材料构成的平面异质结太阳能电池,其接近18%的效率是目前已报道的钙钛矿基光电转换器件中最高的。
 
  他们认为这种钙钛矿太阳能电池中,电池与电池间极小的差异导致的无滞后的光伏响应,是钙钛矿器件稳定运行的关键。
 
  “对大晶粒钙钛矿材料进行表征和建模以减少体相缺陷、提高载流子迁移率,从而提高其性能。”Mohite说,“我们已经证实了其结晶质量与高质量半导体(如硅和砷化镓)相当。”
 
  研究人员预测他们的这种晶体生长技术将推动制备高效太阳能电池必需的晶圆级钙钛矿晶体的合成,还有望应用于通过溶液法合成的那些受多分散性、缺陷与晶界复合所困扰的薄膜材料体系。(摘编自 新材料在线)
 
  4. Science:CH3NH3PbI3钙钛矿单晶中的电子-空穴对扩散长度大于175微米
 
  曾有研究表明,多晶CH3NH3PbI3­中(MPC)平衡电子-空穴对扩散长度大于100 纳米,这对于高效的钙钛矿太阳能电池很重要。而最近美国内布拉斯加大学林肯分校的黄劲松研究团队在《科学》期刊上报道了一项新成果(Science, 2015, 347, 967-970, DOI: 10.1126/science.aaa5760):通过溶液生长法制备得到的CH3NH3PbI3单晶,在模拟太阳光照射(1 sun illumination)下,电子空穴扩散长度超过了175微米,在较弱的光照条件下(0.003% sun),扩散长度高达3毫米。在3毫米厚的单晶钙钛矿太阳能电池中,微弱的光照可以激发出接近100%的内部量子效率。与多晶薄膜相比,钙钛矿单晶中具有如此大的扩散长度主要原因是高的载流子迁移率、载流子寿命和非常小的缺陷密度。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------

凡光粒网注明"来源:光粒网"或"来源:www.diodelaser.com.cn"的作品,包括但不限于本网刊载的所有与光粒网栏目内容相关的文字、图片、图表、视频等网上内容,版权属于光粒网和/或相关权利人所有,任何媒体、网站或个人未经光粒网书面授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品;已经书面授权的,应在授权范围内使用,并注明"来源:光粒网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。

【免责申明】本文仅代表作者个人观点,与光粒网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

在线投稿有投稿需求的公司企业请直接在线申请,其他项目合作联系 QQ:1965483967 QQ:2644977628 → 在线申请投稿 >
Copyright  ©  2010-2018 diodelaser.com.cn Inc. All rights reserved.光粒网 版权所有
鄂ICP备11013139号-2

鄂公网安备 42018502002510号