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基于NiO作为空穴传输材料的CH3NH3SnI3倒置钙钛矿太阳能电池的模拟与优化
摘要: 采用SCAPS软件对具有p-i-n倒置结构的平面钙钛矿太阳能电池(PSC)进行建模与模拟,以确定光照条件下的功率输出特性。该倒置结构为NiO/CH3NH3SnI3/PCBM,其中NiO为空穴传输层(HTL),CH3NH3SnI3为钙钛矿吸光层,PCBM为电子传输层(ETL)。模拟研究聚焦于三层厚度、界面缺陷密度、态密度以及金属功函数对电池光电转换效率(PCE)的影响。当三层参数均取最优值时,实现了22.95%的效率。通过模拟还提出了一种替代性的无铅倒置钙钛矿太阳能电池方案。
关键词: 电子传输材料、透明导电氧化物、倒置钙钛矿太阳能电池、空穴传输材料、器件模拟、缺陷密度
更新于2025-09-23 15:19:57
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采用4-二氨基甲基苯甲酸作为钝化剂的高性能反式钙钛矿太阳能电池
摘要: 钙钛矿薄膜的晶界(GBs)和界面钝化对钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率和稳定性具有显著影响。本研究提出了一种采用4-二氨基甲基苯甲酸(4-DA)进行高效钝化并辅以热退火处理的策略来提升PSCs性能。我们系统研究了4-DA对钙钛矿层物理特性及倒置结构PSCs相应性能的影响。结果表明,该处理改善了晶粒间接触,成功制备出高质量MAPbI3薄膜,从而消除了陷阱态并提升了器件性能。本工作实现了20.58%的最高光电转换效率(PCE)。同时,器件展现出增强的稳定性,在无封装条件下储存168小时后平均PCE值几乎保持不变。本研究所开发的钝化方法为制备高效率、高稳定性的倒置PSCs提供了新策略。
关键词: 钝化策略、陷阱态、倒置钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-23 15:19:57
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双功能超薄PCBM实现陷阱态钝化与级联能级,助力高效反式钙钛矿太阳能电池
摘要: 采用C60骨架的倒置钙钛矿太阳能电池(PSCs)因钙钛矿界面处的非辐射复合和电荷传输效率低下,普遍存在功率转换效率(PCE)低于20%的缺陷。本研究报道在钙钛矿薄膜上使用超薄[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)作为盖层以解决该问题。这种功能性盖层能有效钝化陷阱态并在钙钛矿表面建立梯度能级排列,从而促进高效电荷转移与提取。采用该超薄PCBM盖层的倒置PSCs实现了20.07%的创纪录PCE。在氮气环境中存储超过500小时后,器件效率仍保持初始值的85%以上。本研究为提升C60骨架倒置PSCs的效率和稳定性提供了有效方法。
关键词: 缺陷钝化、级联能级、界面工程、倒置钙钛矿太阳能电池、超薄PCBM、高效率
更新于2025-09-19 17:13:59
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锂掺杂对溶液法制备氧化镍薄膜在钙钛矿太阳能电池中性能的影响
摘要: 系统研究了锂离子替代掺杂氧化镍(NiOx)空穴传输层(HTL)在倒置钙钛矿太阳能电池中的应用效果。采用简易溶液法制备出沿(111)晶面优先生长的锂掺杂NiOx薄膜。Mott-Schottky分析表明,锂掺杂使空穴载流子浓度(NA)提升至两倍。当NiOx中锂掺杂量为4%时,器件光电转换效率(PCE)从9.0%提高至12.6%。光致发光猝灭研究表明,Li:NiOx比NiOx具有更优异的空穴捕获特性,锂掺杂使电流密度显著提升。锂掺杂同时改善了NiOx的电导率。通过在PCBM层上额外添加ZnO层以消除分流路径,进一步将器件PCE提升至14.2%,填充因子达到0.72。
关键词: 氧化镍、锂掺杂、空穴传输层、倒置钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-19 17:13:59
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界面能级排列对倒置钙钛矿太阳能电池载流子动力学及光伏性能的影响
摘要: 金属掺杂是优化反式钙钛矿太阳能电池中NiOx作为空穴传输材料的有效方法,有助于界面能级排列的优化,但其对载流子动力学和器件性能的影响机制尚需进一步阐明。本研究通过锂掺杂获得能级调控的NiOx薄膜,并利用紫外光电子能谱仪进行表征。通过瞬态光电压/光电流和瞬态荧光动力学技术,揭示了NiOx能级排列对载流子转移与复合动力学的影响。锂掺杂可显著降低NiOx价带位置,其中4%锂含量使NiOx与钙钛矿实现最佳能级匹配及最优电荷分离/转移能力(光致发光结果证实)。对应器件展现出优异光伏参数,冠军功率转换效率达17.34%,较纯NiOx器件提升37%。结果表明:适当金属掺杂能优化空穴传输材料能级以匹配钙钛矿,从而高效促进电荷分离并抑制复合,最终提升器件性能。
关键词: 掺锂氧化镍,倒置钙钛矿太阳能电池,电荷传输/复合动力学,能级排列
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用TiO2纳米棒阵列和介孔结构提升反式钙钛矿太阳能电池的性能
摘要: 鉴于有机材料载流子迁移率较低,在载流子复合前其收集能力会因短传输距离而受限。为通过增强载流子收集能力来提升器件性能,在倒置钙钛矿太阳能电池(IPSCs)中通过改变二氧化钛(TiO2)纳米棒阵列周期获得了1.5微米的最优周期值,使光电转换效率从标准平面IPSCs的7.66%提升至11.96%。此外,基于高比表面积吸光特性与强光散射能力的固有优势,在TiO2电子传输层中嵌入了150纳米厚的TiO2介孔层。通过调节退火温度,在500°C退火30分钟的TiO2介孔层中获得了最优锐钛矿相结晶度与最佳多孔分布结构。采用该最优退火处理的TiO2介孔层后,IPSCs光电转换效率提升至12.73%。当电子传输层同时嵌入最优1.5微米周期TiO2纳米棒阵列与500°C退火处理的TiO2介孔层时,最终获得14.47%的光电转换效率。
关键词: 纳米棒阵列、激光干涉光刻系统、二氧化钛材料、介孔层、倒置钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-16 10:30:52
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一种柔性且出人意料具有导电性的聚砜磺化及其在钙钛矿太阳能电池中的性能
摘要: 研究了磺化对聚砜电学性能的影响,并探讨了相关问题。除磺化百分比的影响外,还评估并报告了薄膜厚度和紫外(UV)处理的效果。结果表明,磺化百分比是最重要的影响因素,甚至超过厚度的影响。随着磺化百分比的增加,由于磺酸基团在聚合物结构中引入了一种空位,使其表现出与传统聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)相当能级,从而获得了更好的电学性能(填充因子和功率转换效率)。此外,紫外处理不仅清洁了薄膜表面,还使聚合物表面极化,从而改善了聚砜的性能,至少比未进行紫外处理的性能提高了24%。所得结果为优化可用于倒置混合钙钛矿太阳能电池的磺化聚砜提供了可能性。
关键词: 空穴传输材料,倒置钙钛矿太阳能电池,热处理,磺化聚砜,紫外处理
更新于2025-09-16 10:30:52
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用于倒置钙钛矿太阳能电池的自组装小分子空穴传输材料
摘要: 混合有机-无机钙钛矿太阳能电池近期已成为最具前景的低成本光伏技术之一。钙钛矿光伏技术的显著进展与界面工程及电荷选择性中间层的开发密切相关。本文我们展示了一种熔融氮杂多环芳香小分子——蒽并-7-氮杂吲哚(ADAI)的合成与表征,该分子作为倒置结构钙钛矿太阳能电池的空穴传输层表现出卓越性能。其通过氢键导向自组装诱导的分子排列方式,有利于形成适宜的薄膜形貌,光强依赖性、光致发光和电致发光研究表明这能有效降低复合损失。
关键词: 倒置钙钛矿太阳能电池、自组装共轭分子、未掺杂空穴传输层
更新于2025-09-16 10:30:52
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氟化富勒吡咯烷作为有机-无机和全无机钙钛矿太阳能电池的通用电子传输材料
摘要: [6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)已被广泛用作倒置结构有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PeSCs)和全无机钙钛矿太阳能电池的电子传输材料(ETM)。然而,由于PC61BM电导率较低且对钙钛矿的钝化效果较差,其性能仍有待提升。本研究通过改进的1,3-偶极环加成反应合成了两种全氟苯基取代富勒烯吡咯烷——2-(全氟苯基)-5-苯基-C60-富勒烯吡咯烷(FP-i)和2,5-双(全氟苯基)-C60-富勒烯吡咯烷(FP-ii),并将其作为ETM引入基于有机-无机杂化钙钛矿(CH3NH3PbCl3-xIx)和全无机钙钛矿(CsPbI2Br)的倒置PeSCs中。采用FP-i和FP-ii的PeSCs展现出优异的光伏性能和器件稳定性,其表现优于或可比拟PC61BM器件?;硌芯勘砻鳎現P-i和FP-ii具有更高的电导率、更显著的钝化能力及增强的疏水性,尽管其最低未占分子轨道(LUMO)能级略低。这些结果表明,FP-i和FP-ii可作为有机-无机杂化和全无机PeSCs的通用ETM,其性能优于或可比拟传统ETM材料PC61BM。
关键词: 倒置钙钛矿太阳能电池,富勒烯衍生物,钝化效应,器件稳定性,电子传输层
更新于2025-09-16 10:30:52
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氨基功能化石墨烯量子点在NiOx薄膜中对高效倒置柔性钙钛矿太阳能电池的双重作用
摘要: NiOx因其低温加工、低成本及优异的电子阻挡能力,已被广泛用作反式钙钛矿太阳能电池(尤其是柔性器件)的高效空穴传输材料。然而低温制备的NiOx与钙钛矿层能带结构匹配欠佳,导致光伏性能下降。本研究报道了一种调控NiOx空穴传输层以实现高性能柔性PSCs的新策略:采用氨基功能化石墨烯量子点(AGQDs)作为NiOx薄膜的双功能添加剂。一方面,添加的AGQDs能在改性NiOx表面提供丰富氮原子,通过路易斯酸碱相互作用增强钙钛矿薄膜结晶度;另一方面,AGQDs可优化NiOx与钙钛矿层的能带排列,促进界面空穴提取。由此制备的反式柔性PSCs实现了18.10%的冠军效率,达到当前先进水平。除优异的空气稳定性外,最佳柔性器件还展现出卓越的机械耐久性——连续弯折1000次后仍保持初始效率的88%。该策略为提升反式柔性PSCs性能提供了重要途径。
关键词: 柔性、氨基功能化、石墨烯量子点、NiO、倒置钙钛矿太阳能电池
更新于2025-09-16 10:30:52