找到27项技术成果数据。
找技术 >稀土掺杂钙钛矿型太阳能电池材料研究
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳电池是 2013 年《科学》评选的世界十大科技突破之一,稀土掺 杂光电材料应用于钙钛矿太阳电池是一项全新的探索。 本课题联合台湾大学和华北电力大学,围绕光伏技术开发的效率、成本、稳 定、环境友好等基本要求,以掺杂稀土钙钛矿太阳电池的材料设计和可控制备为 基础,通过材料设计、合成制备、结构表征和效能评价,阐明钙钛矿电池吸光材 料、载流子传输材料及电极材料的能级匹配、界面匹配和结构匹配规律,考察稀 土离子的 P 型 N 型掺杂效应和上下转换发光模式,厘清钙钛矿太阳电池载流子 产生、传输、收集、湮灭过程的演化机理和调控机制,揭示钙钛矿太阳电池的微 观材料结构与宏观光伏性能之间关系,解决关键科学问题,提供成本低、稳定性 高、环境友好的钙钛矿型太阳电池,获得达到国际先进水平的创新性成果,提升 海峡两岸在相关领域开发自主创新能力。
弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆,按照重量百分比计,弱腐蚀碳浆由2~20%的粘结剂、30~75%的有机溶剂、0~5%的辅助溶剂和20~40%的碳材料导电填料组成,粘结剂溶解在有机溶剂中;所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g,有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃;所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g,沸点为大于60℃小于500℃。该弱腐蚀碳浆不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀,而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好,与碳电极之间接触良好。
一种基于钛酸钡界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池由于具有吸收系数大、吸收范围宽,转换效率高等优点在太阳能电池领域受到人们关注。 研究表明,电子传输层与钙钛矿活性层的界面性质是阻碍钙钛矿太阳能电池效率提高的一个重要因素,因为界面的缺陷态会增加光生电子和空穴的复合。 为了减小界面处的光生电荷的复合,一种有效的方法就是采用一些材料对电子传输层进行修饰,减少界面处的缺陷态,从而减少光生电荷的复合,进一步提高电池的转换效率。 因此,为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率,当务之急是寻找一种优良的电子传输层修饰材料,并应用于钙钛矿太阳电池。 本发明的目的是提供一种制备BaTiO3薄膜的制备方法,由本方法制备的BaTiO3薄膜作为电子传输层与钙钛矿活性层的界面修饰层,应用于钙钛矿太阳电池,减少了界面光生电子和空穴的复合,提高了钙钛矿电池的转换效率。 将BaTiO3作为界面修饰层应用于钙钛矿太阳电池,可以有效减少光生电荷的复合,提高电池的光电转换效率。 利用BaTiO3对TiO2介孔层进行表面修饰。首先,将Ba(NO3)2溶液旋涂在TiO2介孔层表面合成BaTiO3修饰层,从而提升电池性能。其次,通过对比系列Ba(NO3)2浓度,得到其最佳浓度。 最后,通过系统的测试和表征,探索分析BaTiO3对电池性能影响的机理。 与无修饰层的钙钛矿电池的转换效率(16.13%)相比,基于BaTiO3修饰TiO2的电池转换效率提高到17.87%。 本发明与现有技术相比,具有以下优点: (1)本发明采用将前驱体Ba(NO3)2水溶液旋涂在TiO2介孔层上面制备BaTiO3界面修饰层。这种方法的优点:一是可以通过调节前驱体溶液的浓度精确控制界面修饰层的形貌、厚度等参数,优化太阳电池光电转换效率,获得最高转换效率对应的最佳前驱体溶液浓度;二是该制备方法操作简单,易于掌握,适合应用于大面积太阳能电池的制备。 (2)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层的钙钛矿太阳电池与无界面修饰层的钙钛矿太阳电池相比,电池转换效率得到有效提高,最高效率达到17.9%。 (3)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层能有效减小电子传输层与钙钛矿活性层界面处的光生电子和空穴的复合,提高太阳电池的短路电流、开路电压及填充因子。
基于全喷涂技术的大面积钙钛矿太阳能电池关键问题研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
近年来基于有机铅卤化物钙钛矿的太阳能电池发展迅速,最高效率已经达到了20.1%,接近晶硅太阳能电池的最高效率。但有关有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池大面积制备方面的研究还鲜有报道,如何在廉价的条件下获得大面积高效率的钙钛矿太阳能电池模块是该电池走向实际应用的关键问题。本项目拟采用全喷涂技术来制备大面积形貌和性能可控的钙钛矿太阳能电池薄膜材料,研究喷涂法制备钙钛矿太阳能电池的金属氧化物层、钙钛矿层和空穴传输层材料过程中的微观物理过程,建立相应的物理模型。研究喷涂工艺条件对所制得的薄膜材料特性的影响,理清制备条件-薄膜(形态)结构-器件性能之间的关系,建立制备大面积高效率钙钛矿太阳电池模块的新方法和新技术,制备效率超过12%的10 cm*10 cm的廉价光伏器件。
钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:电力、热力、燃气及水生产和供应业
技术简介
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。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。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(Science360, 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。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。 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。
高效钙钛矿太阳能电池的研发
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果通过对钙钛矿活性层进行组分调变、界面改性和研发新型电子/空穴传输层材料,制备得到了认证效率为22.7%的小面积高效钙钛矿太阳电池(0.488cm2),和认证效率为18.8%、7个子电池串联的钙钛矿太阳电池组件(25.69cm2)。本成果发展了较大面积钙钛矿薄膜的均匀成膜技术,开发了具有较高集成度的钙钛矿组件集成工艺,为钙钛矿太阳电池组件的推广应用奠定了基础,预期未来可很快拓展到更大面积的组件制造。
高效钙钛矿太阳能电池的构筑与工作机理研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
成果属于能源、纳米材料和物理化学等学科交叉领域。钙钛矿太阳能电池是一种利用太阳能产生电能的新型光电转换装置。有机无机卤铅钙钛矿的稳定性及铅毒性是制约该类电池发展。在国家自然科学基金项目和973项目持续资助下,申请人团队围绕钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性核心问题,展开器件新结构、新材料的研究,实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池,取得了以下研究成果:发现点1:多层无机氧化物框架钙钛矿太阳能电池的构建。申请人团队在国际上率先报道了基于多层无机氧化物的新型钙钛矿电池。该类氧化物扮演电荷传输层角色的同时构筑多层框架,增大耗尽层物理宽度,有效提升光生电荷的收集效率。所发展的新型钙钛矿太阳能电池结构有利于器件大面积制备、器件稳定性。实现器件光电转换效率>15%和光照稳定性>1000小时(低于40度)。发现点2:钙钛矿太阳能电池和储能装置系统集成的实现。申请人团队在国际上率先进行钙钛矿太阳能电池与超级电容器的集成,利用钙钛矿太阳能电池的高输出电压的特性,实现了太阳能电池向超级电容器能量高效转化过程效率记录(10%)。发现点3:钙钛矿太阳能电池工作机制确定和界面优化调控。申请人团队率先阐明了材料相变影响器件电荷传输特性的基本规律。在钙钛矿太阳能电池研究领域中较早提出器件开路电压公式和器件内部电荷传输机理。首次通过电化学交流阻抗发现钙钛矿中离子迁移现象,实验获得了激子束缚能,确定了有机卤化铅钙钛矿激子自由分离物理过程机制。发现点4:提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性能关键材料的设计和合成。申请人团队设计与合成螺旋环戊联噻吩系列无添加剂高性能电荷传输材料;通过化学组分工程实现对钙钛矿材料光学性质、热稳定性及其电池性能的调控,提高了钙钛矿太阳能电池器件的环境湿度稳定性。8篇代表作发表于Nano letter.、Nano Energy、ACS Nano以及J.Mater.Chem.A等该领域著名期刊,SCI他引369次,其中高被引论文1篇和期刊热点论文1篇。以项目第一完成人为学术带头人的团队入选湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队。
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:正在研发
技术类型:发明
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池器件领域。该钙钛矿太阳能电池包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极,其中电子传输层的氧化物薄膜是通过蒸汽诱导低温制备得到,在电池阴极上面旋涂30~75nm的氧化物前驱体溶液,然后将其放在含有1‑50mL溶剂的密闭容器中,将密闭容器置于温度为120~180℃的箱式炉中8~16h制得。该制备方法极大的降低氧化物薄膜的制备温度,可用于柔性基底,实现钙钛矿太阳能电池的低温制备并将该方法广泛应用到器件的生产领域;所得钙钛矿太阳能电池开路电压较大,高于普通500℃高温做出的太阳能电池的开路电压。
向阳而生--太阳能电池/集光器集成器件
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本项目所涉及到的关键技术主要包括集成器件所需材料的选择与制备工艺:具体为集光器荧光材料、钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料、电极材料的筛选与制备;钙钛矿太阳能电池的制备;太阳能集光器的制备;钙钛矿太阳能电池与太阳能集光器集成器件的制备;具体技术指标为: 不透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率222% (小面积11cm2) , 217% (5-5cm2) ,215% (10*10cm2) ,光照1000小时后(光照条件: 室温25℃, AM1.5G,光强1000w/m2) ,效率衰减10%,不透明集成器件的性能指标:集成器件光电转换效率较钙钛矿太阳能电池效率提升26%。半透明集成器件的指标:在可见光区域透明度做到30%-70%可控可调,光电转换效率28%。
在反式钙钛矿太阳能电池研究中的突破性成果
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种器件结构。相比于正式器件,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到越来越多的关注。但是,反式结构器件也存在一些显著不足,例如,开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低,这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处,造成了光生载流子的非辐射复合,进而致使能量损失严重,最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善,制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6 eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率也高达20.90%,这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。
找到27项技术成果数据。
找技术 >稀土掺杂钙钛矿型太阳能电池材料研究
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳电池是 2013 年《科学》评选的世界十大科技突破之一,稀土掺 杂光电材料应用于钙钛矿太阳电池是一项全新的探索。 本课题联合台湾大学和华北电力大学,围绕光伏技术开发的效率、成本、稳 定、环境友好等基本要求,以掺杂稀土钙钛矿太阳电池的材料设计和可控制备为 基础,通过材料设计、合成制备、结构表征和效能评价,阐明钙钛矿电池吸光材 料、载流子传输材料及电极材料的能级匹配、界面匹配和结构匹配规律,考察稀 土离子的 P 型 N 型掺杂效应和上下转换发光模式,厘清钙钛矿太阳电池载流子 产生、传输、收集、湮灭过程的演化机理和调控机制,揭示钙钛矿太阳电池的微 观材料结构与宏观光伏性能之间关系,解决关键科学问题,提供成本低、稳定性 高、环境友好的钙钛矿型太阳电池,获得达到国际先进水平的创新性成果,提升 海峡两岸在相关领域开发自主创新能力。
弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆,按照重量百分比计,弱腐蚀碳浆由2~20%的粘结剂、30~75%的有机溶剂、0~5%的辅助溶剂和20~40%的碳材料导电填料组成,粘结剂溶解在有机溶剂中;所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g,有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃;所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g,沸点为大于60℃小于500℃。该弱腐蚀碳浆不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀,而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好,与碳电极之间接触良好。
一种基于钛酸钡界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池由于具有吸收系数大、吸收范围宽,转换效率高等优点在太阳能电池领域受到人们关注。 研究表明,电子传输层与钙钛矿活性层的界面性质是阻碍钙钛矿太阳能电池效率提高的一个重要因素,因为界面的缺陷态会增加光生电子和空穴的复合。 为了减小界面处的光生电荷的复合,一种有效的方法就是采用一些材料对电子传输层进行修饰,减少界面处的缺陷态,从而减少光生电荷的复合,进一步提高电池的转换效率。 因此,为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率,当务之急是寻找一种优良的电子传输层修饰材料,并应用于钙钛矿太阳电池。 本发明的目的是提供一种制备BaTiO3薄膜的制备方法,由本方法制备的BaTiO3薄膜作为电子传输层与钙钛矿活性层的界面修饰层,应用于钙钛矿太阳电池,减少了界面光生电子和空穴的复合,提高了钙钛矿电池的转换效率。 将BaTiO3作为界面修饰层应用于钙钛矿太阳电池,可以有效减少光生电荷的复合,提高电池的光电转换效率。 利用BaTiO3对TiO2介孔层进行表面修饰。首先,将Ba(NO3)2溶液旋涂在TiO2介孔层表面合成BaTiO3修饰层,从而提升电池性能。其次,通过对比系列Ba(NO3)2浓度,得到其最佳浓度。 最后,通过系统的测试和表征,探索分析BaTiO3对电池性能影响的机理。 与无修饰层的钙钛矿电池的转换效率(16.13%)相比,基于BaTiO3修饰TiO2的电池转换效率提高到17.87%。 本发明与现有技术相比,具有以下优点: (1)本发明采用将前驱体Ba(NO3)2水溶液旋涂在TiO2介孔层上面制备BaTiO3界面修饰层。这种方法的优点:一是可以通过调节前驱体溶液的浓度精确控制界面修饰层的形貌、厚度等参数,优化太阳电池光电转换效率,获得最高转换效率对应的最佳前驱体溶液浓度;二是该制备方法操作简单,易于掌握,适合应用于大面积太阳能电池的制备。 (2)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层的钙钛矿太阳电池与无界面修饰层的钙钛矿太阳电池相比,电池转换效率得到有效提高,最高效率达到17.9%。 (3)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层能有效减小电子传输层与钙钛矿活性层界面处的光生电子和空穴的复合,提高太阳电池的短路电流、开路电压及填充因子。
基于全喷涂技术的大面积钙钛矿太阳能电池关键问题研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
近年来基于有机铅卤化物钙钛矿的太阳能电池发展迅速,最高效率已经达到了20.1%,接近晶硅太阳能电池的最高效率。但有关有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池大面积制备方面的研究还鲜有报道,如何在廉价的条件下获得大面积高效率的钙钛矿太阳能电池模块是该电池走向实际应用的关键问题。本项目拟采用全喷涂技术来制备大面积形貌和性能可控的钙钛矿太阳能电池薄膜材料,研究喷涂法制备钙钛矿太阳能电池的金属氧化物层、钙钛矿层和空穴传输层材料过程中的微观物理过程,建立相应的物理模型。研究喷涂工艺条件对所制得的薄膜材料特性的影响,理清制备条件-薄膜(形态)结构-器件性能之间的关系,建立制备大面积高效率钙钛矿太阳电池模块的新方法和新技术,制备效率超过12%的10 cm*10 cm的廉价光伏器件。
钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:电力、热力、燃气及水生产和供应业
技术简介
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。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。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(Science360, 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。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。 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。
高效钙钛矿太阳能电池的研发
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果通过对钙钛矿活性层进行组分调变、界面改性和研发新型电子/空穴传输层材料,制备得到了认证效率为22.7%的小面积高效钙钛矿太阳电池(0.488cm2),和认证效率为18.8%、7个子电池串联的钙钛矿太阳电池组件(25.69cm2)。本成果发展了较大面积钙钛矿薄膜的均匀成膜技术,开发了具有较高集成度的钙钛矿组件集成工艺,为钙钛矿太阳电池组件的推广应用奠定了基础,预期未来可很快拓展到更大面积的组件制造。
高效钙钛矿太阳能电池的构筑与工作机理研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
成果属于能源、纳米材料和物理化学等学科交叉领域。钙钛矿太阳能电池是一种利用太阳能产生电能的新型光电转换装置。有机无机卤铅钙钛矿的稳定性及铅毒性是制约该类电池发展。在国家自然科学基金项目和973项目持续资助下,申请人团队围绕钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性核心问题,展开器件新结构、新材料的研究,实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池,取得了以下研究成果:发现点1:多层无机氧化物框架钙钛矿太阳能电池的构建。申请人团队在国际上率先报道了基于多层无机氧化物的新型钙钛矿电池。该类氧化物扮演电荷传输层角色的同时构筑多层框架,增大耗尽层物理宽度,有效提升光生电荷的收集效率。所发展的新型钙钛矿太阳能电池结构有利于器件大面积制备、器件稳定性。实现器件光电转换效率>15%和光照稳定性>1000小时(低于40度)。发现点2:钙钛矿太阳能电池和储能装置系统集成的实现。申请人团队在国际上率先进行钙钛矿太阳能电池与超级电容器的集成,利用钙钛矿太阳能电池的高输出电压的特性,实现了太阳能电池向超级电容器能量高效转化过程效率记录(10%)。发现点3:钙钛矿太阳能电池工作机制确定和界面优化调控。申请人团队率先阐明了材料相变影响器件电荷传输特性的基本规律。在钙钛矿太阳能电池研究领域中较早提出器件开路电压公式和器件内部电荷传输机理。首次通过电化学交流阻抗发现钙钛矿中离子迁移现象,实验获得了激子束缚能,确定了有机卤化铅钙钛矿激子自由分离物理过程机制。发现点4:提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性能关键材料的设计和合成。申请人团队设计与合成螺旋环戊联噻吩系列无添加剂高性能电荷传输材料;通过化学组分工程实现对钙钛矿材料光学性质、热稳定性及其电池性能的调控,提高了钙钛矿太阳能电池器件的环境湿度稳定性。8篇代表作发表于Nano letter.、Nano Energy、ACS Nano以及J.Mater.Chem.A等该领域著名期刊,SCI他引369次,其中高被引论文1篇和期刊热点论文1篇。以项目第一完成人为学术带头人的团队入选湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队。
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:正在研发
技术类型:发明
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池器件领域。该钙钛矿太阳能电池包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极,其中电子传输层的氧化物薄膜是通过蒸汽诱导低温制备得到,在电池阴极上面旋涂30~75nm的氧化物前驱体溶液,然后将其放在含有1‑50mL溶剂的密闭容器中,将密闭容器置于温度为120~180℃的箱式炉中8~16h制得。该制备方法极大的降低氧化物薄膜的制备温度,可用于柔性基底,实现钙钛矿太阳能电池的低温制备并将该方法广泛应用到器件的生产领域;所得钙钛矿太阳能电池开路电压较大,高于普通500℃高温做出的太阳能电池的开路电压。
向阳而生--太阳能电池/集光器集成器件
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本项目所涉及到的关键技术主要包括集成器件所需材料的选择与制备工艺:具体为集光器荧光材料、钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料、电极材料的筛选与制备;钙钛矿太阳能电池的制备;太阳能集光器的制备;钙钛矿太阳能电池与太阳能集光器集成器件的制备;具体技术指标为: 不透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率222% (小面积11cm2) , 217% (5-5cm2) ,215% (10*10cm2) ,光照1000小时后(光照条件: 室温25℃, AM1.5G,光强1000w/m2) ,效率衰减10%,不透明集成器件的性能指标:集成器件光电转换效率较钙钛矿太阳能电池效率提升26%。半透明集成器件的指标:在可见光区域透明度做到30%-70%可控可调,光电转换效率28%。
在反式钙钛矿太阳能电池研究中的突破性成果
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种器件结构。相比于正式器件,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到越来越多的关注。但是,反式结构器件也存在一些显著不足,例如,开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低,这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处,造成了光生载流子的非辐射复合,进而致使能量损失严重,最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善,制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6 eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率也高达20.90%,这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。
找到27项技术成果数据。
找技术 >稀土掺杂钙钛矿型太阳能电池材料研究
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳电池是 2013 年《科学》评选的世界十大科技突破之一,稀土掺 杂光电材料应用于钙钛矿太阳电池是一项全新的探索。 本课题联合台湾大学和华北电力大学,围绕光伏技术开发的效率、成本、稳 定、环境友好等基本要求,以掺杂稀土钙钛矿太阳电池的材料设计和可控制备为 基础,通过材料设计、合成制备、结构表征和效能评价,阐明钙钛矿电池吸光材 料、载流子传输材料及电极材料的能级匹配、界面匹配和结构匹配规律,考察稀 土离子的 P 型 N 型掺杂效应和上下转换发光模式,厘清钙钛矿太阳电池载流子 产生、传输、收集、湮灭过程的演化机理和调控机制,揭示钙钛矿太阳电池的微 观材料结构与宏观光伏性能之间关系,解决关键科学问题,提供成本低、稳定性 高、环境友好的钙钛矿型太阳电池,获得达到国际先进水平的创新性成果,提升 海峡两岸在相关领域开发自主创新能力。
弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆,按照重量百分比计,弱腐蚀碳浆由2~20%的粘结剂、30~75%的有机溶剂、0~5%的辅助溶剂和20~40%的碳材料导电填料组成,粘结剂溶解在有机溶剂中;所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g,有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃;所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g,沸点为大于60℃小于500℃。该弱腐蚀碳浆不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀,而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好,与碳电极之间接触良好。
一种基于钛酸钡界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池由于具有吸收系数大、吸收范围宽,转换效率高等优点在太阳能电池领域受到人们关注。 研究表明,电子传输层与钙钛矿活性层的界面性质是阻碍钙钛矿太阳能电池效率提高的一个重要因素,因为界面的缺陷态会增加光生电子和空穴的复合。 为了减小界面处的光生电荷的复合,一种有效的方法就是采用一些材料对电子传输层进行修饰,减少界面处的缺陷态,从而减少光生电荷的复合,进一步提高电池的转换效率。 因此,为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率,当务之急是寻找一种优良的电子传输层修饰材料,并应用于钙钛矿太阳电池。 本发明的目的是提供一种制备BaTiO3薄膜的制备方法,由本方法制备的BaTiO3薄膜作为电子传输层与钙钛矿活性层的界面修饰层,应用于钙钛矿太阳电池,减少了界面光生电子和空穴的复合,提高了钙钛矿电池的转换效率。 将BaTiO3作为界面修饰层应用于钙钛矿太阳电池,可以有效减少光生电荷的复合,提高电池的光电转换效率。 利用BaTiO3对TiO2介孔层进行表面修饰。首先,将Ba(NO3)2溶液旋涂在TiO2介孔层表面合成BaTiO3修饰层,从而提升电池性能。其次,通过对比系列Ba(NO3)2浓度,得到其最佳浓度。 最后,通过系统的测试和表征,探索分析BaTiO3对电池性能影响的机理。 与无修饰层的钙钛矿电池的转换效率(16.13%)相比,基于BaTiO3修饰TiO2的电池转换效率提高到17.87%。 本发明与现有技术相比,具有以下优点: (1)本发明采用将前驱体Ba(NO3)2水溶液旋涂在TiO2介孔层上面制备BaTiO3界面修饰层。这种方法的优点:一是可以通过调节前驱体溶液的浓度精确控制界面修饰层的形貌、厚度等参数,优化太阳电池光电转换效率,获得最高转换效率对应的最佳前驱体溶液浓度;二是该制备方法操作简单,易于掌握,适合应用于大面积太阳能电池的制备。 (2)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层的钙钛矿太阳电池与无界面修饰层的钙钛矿太阳电池相比,电池转换效率得到有效提高,最高效率达到17.9%。 (3)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层能有效减小电子传输层与钙钛矿活性层界面处的光生电子和空穴的复合,提高太阳电池的短路电流、开路电压及填充因子。
基于全喷涂技术的大面积钙钛矿太阳能电池关键问题研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
近年来基于有机铅卤化物钙钛矿的太阳能电池发展迅速,最高效率已经达到了20.1%,接近晶硅太阳能电池的最高效率。但有关有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池大面积制备方面的研究还鲜有报道,如何在廉价的条件下获得大面积高效率的钙钛矿太阳能电池模块是该电池走向实际应用的关键问题。本项目拟采用全喷涂技术来制备大面积形貌和性能可控的钙钛矿太阳能电池薄膜材料,研究喷涂法制备钙钛矿太阳能电池的金属氧化物层、钙钛矿层和空穴传输层材料过程中的微观物理过程,建立相应的物理模型。研究喷涂工艺条件对所制得的薄膜材料特性的影响,理清制备条件-薄膜(形态)结构-器件性能之间的关系,建立制备大面积高效率钙钛矿太阳电池模块的新方法和新技术,制备效率超过12%的10 cm*10 cm的廉价光伏器件。
钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:电力、热力、燃气及水生产和供应业
技术简介
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。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。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(Science360, 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。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。 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。
高效钙钛矿太阳能电池的研发
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果通过对钙钛矿活性层进行组分调变、界面改性和研发新型电子/空穴传输层材料,制备得到了认证效率为22.7%的小面积高效钙钛矿太阳电池(0.488cm2),和认证效率为18.8%、7个子电池串联的钙钛矿太阳电池组件(25.69cm2)。本成果发展了较大面积钙钛矿薄膜的均匀成膜技术,开发了具有较高集成度的钙钛矿组件集成工艺,为钙钛矿太阳电池组件的推广应用奠定了基础,预期未来可很快拓展到更大面积的组件制造。
高效钙钛矿太阳能电池的构筑与工作机理研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
成果属于能源、纳米材料和物理化学等学科交叉领域。钙钛矿太阳能电池是一种利用太阳能产生电能的新型光电转换装置。有机无机卤铅钙钛矿的稳定性及铅毒性是制约该类电池发展。在国家自然科学基金项目和973项目持续资助下,申请人团队围绕钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性核心问题,展开器件新结构、新材料的研究,实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池,取得了以下研究成果:发现点1:多层无机氧化物框架钙钛矿太阳能电池的构建。申请人团队在国际上率先报道了基于多层无机氧化物的新型钙钛矿电池。该类氧化物扮演电荷传输层角色的同时构筑多层框架,增大耗尽层物理宽度,有效提升光生电荷的收集效率。所发展的新型钙钛矿太阳能电池结构有利于器件大面积制备、器件稳定性。实现器件光电转换效率>15%和光照稳定性>1000小时(低于40度)。发现点2:钙钛矿太阳能电池和储能装置系统集成的实现。申请人团队在国际上率先进行钙钛矿太阳能电池与超级电容器的集成,利用钙钛矿太阳能电池的高输出电压的特性,实现了太阳能电池向超级电容器能量高效转化过程效率记录(10%)。发现点3:钙钛矿太阳能电池工作机制确定和界面优化调控。申请人团队率先阐明了材料相变影响器件电荷传输特性的基本规律。在钙钛矿太阳能电池研究领域中较早提出器件开路电压公式和器件内部电荷传输机理。首次通过电化学交流阻抗发现钙钛矿中离子迁移现象,实验获得了激子束缚能,确定了有机卤化铅钙钛矿激子自由分离物理过程机制。发现点4:提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性能关键材料的设计和合成。申请人团队设计与合成螺旋环戊联噻吩系列无添加剂高性能电荷传输材料;通过化学组分工程实现对钙钛矿材料光学性质、热稳定性及其电池性能的调控,提高了钙钛矿太阳能电池器件的环境湿度稳定性。8篇代表作发表于Nano letter.、Nano Energy、ACS Nano以及J.Mater.Chem.A等该领域著名期刊,SCI他引369次,其中高被引论文1篇和期刊热点论文1篇。以项目第一完成人为学术带头人的团队入选湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队。
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:正在研发
技术类型:发明
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池器件领域。该钙钛矿太阳能电池包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极,其中电子传输层的氧化物薄膜是通过蒸汽诱导低温制备得到,在电池阴极上面旋涂30~75nm的氧化物前驱体溶液,然后将其放在含有1‑50mL溶剂的密闭容器中,将密闭容器置于温度为120~180℃的箱式炉中8~16h制得。该制备方法极大的降低氧化物薄膜的制备温度,可用于柔性基底,实现钙钛矿太阳能电池的低温制备并将该方法广泛应用到器件的生产领域;所得钙钛矿太阳能电池开路电压较大,高于普通500℃高温做出的太阳能电池的开路电压。
向阳而生--太阳能电池/集光器集成器件
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本项目所涉及到的关键技术主要包括集成器件所需材料的选择与制备工艺:具体为集光器荧光材料、钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料、电极材料的筛选与制备;钙钛矿太阳能电池的制备;太阳能集光器的制备;钙钛矿太阳能电池与太阳能集光器集成器件的制备;具体技术指标为: 不透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率222% (小面积11cm2) , 217% (5-5cm2) ,215% (10*10cm2) ,光照1000小时后(光照条件: 室温25℃, AM1.5G,光强1000w/m2) ,效率衰减10%,不透明集成器件的性能指标:集成器件光电转换效率较钙钛矿太阳能电池效率提升26%。半透明集成器件的指标:在可见光区域透明度做到30%-70%可控可调,光电转换效率28%。
在反式钙钛矿太阳能电池研究中的突破性成果
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种器件结构。相比于正式器件,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到越来越多的关注。但是,反式结构器件也存在一些显著不足,例如,开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低,这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处,造成了光生载流子的非辐射复合,进而致使能量损失严重,最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善,制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6 eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率也高达20.90%,这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。
找到27项技术成果数据。
找技术 >稀土掺杂钙钛矿型太阳能电池材料研究
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳电池是 2013 年《科学》评选的世界十大科技突破之一,稀土掺 杂光电材料应用于钙钛矿太阳电池是一项全新的探索。 本课题联合台湾大学和华北电力大学,围绕光伏技术开发的效率、成本、稳 定、环境友好等基本要求,以掺杂稀土钙钛矿太阳电池的材料设计和可控制备为 基础,通过材料设计、合成制备、结构表征和效能评价,阐明钙钛矿电池吸光材 料、载流子传输材料及电极材料的能级匹配、界面匹配和结构匹配规律,考察稀 土离子的 P 型 N 型掺杂效应和上下转换发光模式,厘清钙钛矿太阳电池载流子 产生、传输、收集、湮灭过程的演化机理和调控机制,揭示钙钛矿太阳电池的微 观材料结构与宏观光伏性能之间关系,解决关键科学问题,提供成本低、稳定性 高、环境友好的钙钛矿型太阳电池,获得达到国际先进水平的创新性成果,提升 海峡两岸在相关领域开发自主创新能力。
弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆,按照重量百分比计,弱腐蚀碳浆由2~20%的粘结剂、30~75%的有机溶剂、0~5%的辅助溶剂和20~40%的碳材料导电填料组成,粘结剂溶解在有机溶剂中;所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g,有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃;所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g,沸点为大于60℃小于500℃。该弱腐蚀碳浆不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀,而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好,与碳电极之间接触良好。
一种基于钛酸钡界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池由于具有吸收系数大、吸收范围宽,转换效率高等优点在太阳能电池领域受到人们关注。 研究表明,电子传输层与钙钛矿活性层的界面性质是阻碍钙钛矿太阳能电池效率提高的一个重要因素,因为界面的缺陷态会增加光生电子和空穴的复合。 为了减小界面处的光生电荷的复合,一种有效的方法就是采用一些材料对电子传输层进行修饰,减少界面处的缺陷态,从而减少光生电荷的复合,进一步提高电池的转换效率。 因此,为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率,当务之急是寻找一种优良的电子传输层修饰材料,并应用于钙钛矿太阳电池。 本发明的目的是提供一种制备BaTiO3薄膜的制备方法,由本方法制备的BaTiO3薄膜作为电子传输层与钙钛矿活性层的界面修饰层,应用于钙钛矿太阳电池,减少了界面光生电子和空穴的复合,提高了钙钛矿电池的转换效率。 将BaTiO3作为界面修饰层应用于钙钛矿太阳电池,可以有效减少光生电荷的复合,提高电池的光电转换效率。 利用BaTiO3对TiO2介孔层进行表面修饰。首先,将Ba(NO3)2溶液旋涂在TiO2介孔层表面合成BaTiO3修饰层,从而提升电池性能。其次,通过对比系列Ba(NO3)2浓度,得到其最佳浓度。 最后,通过系统的测试和表征,探索分析BaTiO3对电池性能影响的机理。 与无修饰层的钙钛矿电池的转换效率(16.13%)相比,基于BaTiO3修饰TiO2的电池转换效率提高到17.87%。 本发明与现有技术相比,具有以下优点: (1)本发明采用将前驱体Ba(NO3)2水溶液旋涂在TiO2介孔层上面制备BaTiO3界面修饰层。这种方法的优点:一是可以通过调节前驱体溶液的浓度精确控制界面修饰层的形貌、厚度等参数,优化太阳电池光电转换效率,获得最高转换效率对应的最佳前驱体溶液浓度;二是该制备方法操作简单,易于掌握,适合应用于大面积太阳能电池的制备。 (2)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层的钙钛矿太阳电池与无界面修饰层的钙钛矿太阳电池相比,电池转换效率得到有效提高,最高效率达到17.9%。 (3)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层能有效减小电子传输层与钙钛矿活性层界面处的光生电子和空穴的复合,提高太阳电池的短路电流、开路电压及填充因子。
基于全喷涂技术的大面积钙钛矿太阳能电池关键问题研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
近年来基于有机铅卤化物钙钛矿的太阳能电池发展迅速,最高效率已经达到了20.1%,接近晶硅太阳能电池的最高效率。但有关有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池大面积制备方面的研究还鲜有报道,如何在廉价的条件下获得大面积高效率的钙钛矿太阳能电池模块是该电池走向实际应用的关键问题。本项目拟采用全喷涂技术来制备大面积形貌和性能可控的钙钛矿太阳能电池薄膜材料,研究喷涂法制备钙钛矿太阳能电池的金属氧化物层、钙钛矿层和空穴传输层材料过程中的微观物理过程,建立相应的物理模型。研究喷涂工艺条件对所制得的薄膜材料特性的影响,理清制备条件-薄膜(形态)结构-器件性能之间的关系,建立制备大面积高效率钙钛矿太阳电池模块的新方法和新技术,制备效率超过12%的10 cm*10 cm的廉价光伏器件。
钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:电力、热力、燃气及水生产和供应业
技术简介
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。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。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(Science360, 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。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。 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。
高效钙钛矿太阳能电池的研发
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果通过对钙钛矿活性层进行组分调变、界面改性和研发新型电子/空穴传输层材料,制备得到了认证效率为22.7%的小面积高效钙钛矿太阳电池(0.488cm2),和认证效率为18.8%、7个子电池串联的钙钛矿太阳电池组件(25.69cm2)。本成果发展了较大面积钙钛矿薄膜的均匀成膜技术,开发了具有较高集成度的钙钛矿组件集成工艺,为钙钛矿太阳电池组件的推广应用奠定了基础,预期未来可很快拓展到更大面积的组件制造。
高效钙钛矿太阳能电池的构筑与工作机理研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
成果属于能源、纳米材料和物理化学等学科交叉领域。钙钛矿太阳能电池是一种利用太阳能产生电能的新型光电转换装置。有机无机卤铅钙钛矿的稳定性及铅毒性是制约该类电池发展。在国家自然科学基金项目和973项目持续资助下,申请人团队围绕钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性核心问题,展开器件新结构、新材料的研究,实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池,取得了以下研究成果:发现点1:多层无机氧化物框架钙钛矿太阳能电池的构建。申请人团队在国际上率先报道了基于多层无机氧化物的新型钙钛矿电池。该类氧化物扮演电荷传输层角色的同时构筑多层框架,增大耗尽层物理宽度,有效提升光生电荷的收集效率。所发展的新型钙钛矿太阳能电池结构有利于器件大面积制备、器件稳定性。实现器件光电转换效率>15%和光照稳定性>1000小时(低于40度)。发现点2:钙钛矿太阳能电池和储能装置系统集成的实现。申请人团队在国际上率先进行钙钛矿太阳能电池与超级电容器的集成,利用钙钛矿太阳能电池的高输出电压的特性,实现了太阳能电池向超级电容器能量高效转化过程效率记录(10%)。发现点3:钙钛矿太阳能电池工作机制确定和界面优化调控。申请人团队率先阐明了材料相变影响器件电荷传输特性的基本规律。在钙钛矿太阳能电池研究领域中较早提出器件开路电压公式和器件内部电荷传输机理。首次通过电化学交流阻抗发现钙钛矿中离子迁移现象,实验获得了激子束缚能,确定了有机卤化铅钙钛矿激子自由分离物理过程机制。发现点4:提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性能关键材料的设计和合成。申请人团队设计与合成螺旋环戊联噻吩系列无添加剂高性能电荷传输材料;通过化学组分工程实现对钙钛矿材料光学性质、热稳定性及其电池性能的调控,提高了钙钛矿太阳能电池器件的环境湿度稳定性。8篇代表作发表于Nano letter.、Nano Energy、ACS Nano以及J.Mater.Chem.A等该领域著名期刊,SCI他引369次,其中高被引论文1篇和期刊热点论文1篇。以项目第一完成人为学术带头人的团队入选湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队。
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:正在研发
技术类型:发明
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池器件领域。该钙钛矿太阳能电池包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极,其中电子传输层的氧化物薄膜是通过蒸汽诱导低温制备得到,在电池阴极上面旋涂30~75nm的氧化物前驱体溶液,然后将其放在含有1‑50mL溶剂的密闭容器中,将密闭容器置于温度为120~180℃的箱式炉中8~16h制得。该制备方法极大的降低氧化物薄膜的制备温度,可用于柔性基底,实现钙钛矿太阳能电池的低温制备并将该方法广泛应用到器件的生产领域;所得钙钛矿太阳能电池开路电压较大,高于普通500℃高温做出的太阳能电池的开路电压。
向阳而生--太阳能电池/集光器集成器件
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本项目所涉及到的关键技术主要包括集成器件所需材料的选择与制备工艺:具体为集光器荧光材料、钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料、电极材料的筛选与制备;钙钛矿太阳能电池的制备;太阳能集光器的制备;钙钛矿太阳能电池与太阳能集光器集成器件的制备;具体技术指标为: 不透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率222% (小面积11cm2) , 217% (5-5cm2) ,215% (10*10cm2) ,光照1000小时后(光照条件: 室温25℃, AM1.5G,光强1000w/m2) ,效率衰减10%,不透明集成器件的性能指标:集成器件光电转换效率较钙钛矿太阳能电池效率提升26%。半透明集成器件的指标:在可见光区域透明度做到30%-70%可控可调,光电转换效率28%。
在反式钙钛矿太阳能电池研究中的突破性成果
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种器件结构。相比于正式器件,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到越来越多的关注。但是,反式结构器件也存在一些显著不足,例如,开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低,这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处,造成了光生载流子的非辐射复合,进而致使能量损失严重,最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善,制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6 eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率也高达20.90%,这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。
找到27项技术成果数据。
找技术 >稀土掺杂钙钛矿型太阳能电池材料研究
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳电池是 2013 年《科学》评选的世界十大科技突破之一,稀土掺 杂光电材料应用于钙钛矿太阳电池是一项全新的探索。 本课题联合台湾大学和华北电力大学,围绕光伏技术开发的效率、成本、稳 定、环境友好等基本要求,以掺杂稀土钙钛矿太阳电池的材料设计和可控制备为 基础,通过材料设计、合成制备、结构表征和效能评价,阐明钙钛矿电池吸光材 料、载流子传输材料及电极材料的能级匹配、界面匹配和结构匹配规律,考察稀 土离子的 P 型 N 型掺杂效应和上下转换发光模式,厘清钙钛矿太阳电池载流子 产生、传输、收集、湮灭过程的演化机理和调控机制,揭示钙钛矿太阳电池的微 观材料结构与宏观光伏性能之间关系,解决关键科学问题,提供成本低、稳定性 高、环境友好的钙钛矿型太阳电池,获得达到国际先进水平的创新性成果,提升 海峡两岸在相关领域开发自主创新能力。
弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆,按照重量百分比计,弱腐蚀碳浆由2~20%的粘结剂、30~75%的有机溶剂、0~5%的辅助溶剂和20~40%的碳材料导电填料组成,粘结剂溶解在有机溶剂中;所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g,有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃;所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g,沸点为大于60℃小于500℃。该弱腐蚀碳浆不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀,而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好,与碳电极之间接触良好。
一种基于钛酸钡界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池由于具有吸收系数大、吸收范围宽,转换效率高等优点在太阳能电池领域受到人们关注。 研究表明,电子传输层与钙钛矿活性层的界面性质是阻碍钙钛矿太阳能电池效率提高的一个重要因素,因为界面的缺陷态会增加光生电子和空穴的复合。 为了减小界面处的光生电荷的复合,一种有效的方法就是采用一些材料对电子传输层进行修饰,减少界面处的缺陷态,从而减少光生电荷的复合,进一步提高电池的转换效率。 因此,为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率,当务之急是寻找一种优良的电子传输层修饰材料,并应用于钙钛矿太阳电池。 本发明的目的是提供一种制备BaTiO3薄膜的制备方法,由本方法制备的BaTiO3薄膜作为电子传输层与钙钛矿活性层的界面修饰层,应用于钙钛矿太阳电池,减少了界面光生电子和空穴的复合,提高了钙钛矿电池的转换效率。 将BaTiO3作为界面修饰层应用于钙钛矿太阳电池,可以有效减少光生电荷的复合,提高电池的光电转换效率。 利用BaTiO3对TiO2介孔层进行表面修饰。首先,将Ba(NO3)2溶液旋涂在TiO2介孔层表面合成BaTiO3修饰层,从而提升电池性能。其次,通过对比系列Ba(NO3)2浓度,得到其最佳浓度。 最后,通过系统的测试和表征,探索分析BaTiO3对电池性能影响的机理。 与无修饰层的钙钛矿电池的转换效率(16.13%)相比,基于BaTiO3修饰TiO2的电池转换效率提高到17.87%。 本发明与现有技术相比,具有以下优点: (1)本发明采用将前驱体Ba(NO3)2水溶液旋涂在TiO2介孔层上面制备BaTiO3界面修饰层。这种方法的优点:一是可以通过调节前驱体溶液的浓度精确控制界面修饰层的形貌、厚度等参数,优化太阳电池光电转换效率,获得最高转换效率对应的最佳前驱体溶液浓度;二是该制备方法操作简单,易于掌握,适合应用于大面积太阳能电池的制备。 (2)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层的钙钛矿太阳电池与无界面修饰层的钙钛矿太阳电池相比,电池转换效率得到有效提高,最高效率达到17.9%。 (3)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层能有效减小电子传输层与钙钛矿活性层界面处的光生电子和空穴的复合,提高太阳电池的短路电流、开路电压及填充因子。
基于全喷涂技术的大面积钙钛矿太阳能电池关键问题研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
近年来基于有机铅卤化物钙钛矿的太阳能电池发展迅速,最高效率已经达到了20.1%,接近晶硅太阳能电池的最高效率。但有关有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池大面积制备方面的研究还鲜有报道,如何在廉价的条件下获得大面积高效率的钙钛矿太阳能电池模块是该电池走向实际应用的关键问题。本项目拟采用全喷涂技术来制备大面积形貌和性能可控的钙钛矿太阳能电池薄膜材料,研究喷涂法制备钙钛矿太阳能电池的金属氧化物层、钙钛矿层和空穴传输层材料过程中的微观物理过程,建立相应的物理模型。研究喷涂工艺条件对所制得的薄膜材料特性的影响,理清制备条件-薄膜(形态)结构-器件性能之间的关系,建立制备大面积高效率钙钛矿太阳电池模块的新方法和新技术,制备效率超过12%的10 cm*10 cm的廉价光伏器件。
钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:电力、热力、燃气及水生产和供应业
技术简介
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。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。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(Science360, 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。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。 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。
高效钙钛矿太阳能电池的研发
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果通过对钙钛矿活性层进行组分调变、界面改性和研发新型电子/空穴传输层材料,制备得到了认证效率为22.7%的小面积高效钙钛矿太阳电池(0.488cm2),和认证效率为18.8%、7个子电池串联的钙钛矿太阳电池组件(25.69cm2)。本成果发展了较大面积钙钛矿薄膜的均匀成膜技术,开发了具有较高集成度的钙钛矿组件集成工艺,为钙钛矿太阳电池组件的推广应用奠定了基础,预期未来可很快拓展到更大面积的组件制造。
高效钙钛矿太阳能电池的构筑与工作机理研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
成果属于能源、纳米材料和物理化学等学科交叉领域。钙钛矿太阳能电池是一种利用太阳能产生电能的新型光电转换装置。有机无机卤铅钙钛矿的稳定性及铅毒性是制约该类电池发展。在国家自然科学基金项目和973项目持续资助下,申请人团队围绕钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性核心问题,展开器件新结构、新材料的研究,实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池,取得了以下研究成果:发现点1:多层无机氧化物框架钙钛矿太阳能电池的构建。申请人团队在国际上率先报道了基于多层无机氧化物的新型钙钛矿电池。该类氧化物扮演电荷传输层角色的同时构筑多层框架,增大耗尽层物理宽度,有效提升光生电荷的收集效率。所发展的新型钙钛矿太阳能电池结构有利于器件大面积制备、器件稳定性。实现器件光电转换效率>15%和光照稳定性>1000小时(低于40度)。发现点2:钙钛矿太阳能电池和储能装置系统集成的实现。申请人团队在国际上率先进行钙钛矿太阳能电池与超级电容器的集成,利用钙钛矿太阳能电池的高输出电压的特性,实现了太阳能电池向超级电容器能量高效转化过程效率记录(10%)。发现点3:钙钛矿太阳能电池工作机制确定和界面优化调控。申请人团队率先阐明了材料相变影响器件电荷传输特性的基本规律。在钙钛矿太阳能电池研究领域中较早提出器件开路电压公式和器件内部电荷传输机理。首次通过电化学交流阻抗发现钙钛矿中离子迁移现象,实验获得了激子束缚能,确定了有机卤化铅钙钛矿激子自由分离物理过程机制。发现点4:提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性能关键材料的设计和合成。申请人团队设计与合成螺旋环戊联噻吩系列无添加剂高性能电荷传输材料;通过化学组分工程实现对钙钛矿材料光学性质、热稳定性及其电池性能的调控,提高了钙钛矿太阳能电池器件的环境湿度稳定性。8篇代表作发表于Nano letter.、Nano Energy、ACS Nano以及J.Mater.Chem.A等该领域著名期刊,SCI他引369次,其中高被引论文1篇和期刊热点论文1篇。以项目第一完成人为学术带头人的团队入选湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队。
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:正在研发
技术类型:发明
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池器件领域。该钙钛矿太阳能电池包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极,其中电子传输层的氧化物薄膜是通过蒸汽诱导低温制备得到,在电池阴极上面旋涂30~75nm的氧化物前驱体溶液,然后将其放在含有1‑50mL溶剂的密闭容器中,将密闭容器置于温度为120~180℃的箱式炉中8~16h制得。该制备方法极大的降低氧化物薄膜的制备温度,可用于柔性基底,实现钙钛矿太阳能电池的低温制备并将该方法广泛应用到器件的生产领域;所得钙钛矿太阳能电池开路电压较大,高于普通500℃高温做出的太阳能电池的开路电压。
向阳而生--太阳能电池/集光器集成器件
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本项目所涉及到的关键技术主要包括集成器件所需材料的选择与制备工艺:具体为集光器荧光材料、钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料、电极材料的筛选与制备;钙钛矿太阳能电池的制备;太阳能集光器的制备;钙钛矿太阳能电池与太阳能集光器集成器件的制备;具体技术指标为: 不透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率222% (小面积11cm2) , 217% (5-5cm2) ,215% (10*10cm2) ,光照1000小时后(光照条件: 室温25℃, AM1.5G,光强1000w/m2) ,效率衰减10%,不透明集成器件的性能指标:集成器件光电转换效率较钙钛矿太阳能电池效率提升26%。半透明集成器件的指标:在可见光区域透明度做到30%-70%可控可调,光电转换效率28%。
在反式钙钛矿太阳能电池研究中的突破性成果
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种器件结构。相比于正式器件,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到越来越多的关注。但是,反式结构器件也存在一些显著不足,例如,开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低,这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处,造成了光生载流子的非辐射复合,进而致使能量损失严重,最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善,制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6 eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率也高达20.90%,这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。
找到27项技术成果数据。
找技术 >稀土掺杂钙钛矿型太阳能电池材料研究
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳电池是 2013 年《科学》评选的世界十大科技突破之一,稀土掺 杂光电材料应用于钙钛矿太阳电池是一项全新的探索。 本课题联合台湾大学和华北电力大学,围绕光伏技术开发的效率、成本、稳 定、环境友好等基本要求,以掺杂稀土钙钛矿太阳电池的材料设计和可控制备为 基础,通过材料设计、合成制备、结构表征和效能评价,阐明钙钛矿电池吸光材 料、载流子传输材料及电极材料的能级匹配、界面匹配和结构匹配规律,考察稀 土离子的 P 型 N 型掺杂效应和上下转换发光模式,厘清钙钛矿太阳电池载流子 产生、传输、收集、湮灭过程的演化机理和调控机制,揭示钙钛矿太阳电池的微 观材料结构与宏观光伏性能之间关系,解决关键科学问题,提供成本低、稳定性 高、环境友好的钙钛矿型太阳电池,获得达到国际先进水平的创新性成果,提升 海峡两岸在相关领域开发自主创新能力。
弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆,按照重量百分比计,弱腐蚀碳浆由2~20%的粘结剂、30~75%的有机溶剂、0~5%的辅助溶剂和20~40%的碳材料导电填料组成,粘结剂溶解在有机溶剂中;所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g,有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃;所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g,沸点为大于60℃小于500℃。该弱腐蚀碳浆不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀,而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好,与碳电极之间接触良好。
一种基于钛酸钡界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池由于具有吸收系数大、吸收范围宽,转换效率高等优点在太阳能电池领域受到人们关注。 研究表明,电子传输层与钙钛矿活性层的界面性质是阻碍钙钛矿太阳能电池效率提高的一个重要因素,因为界面的缺陷态会增加光生电子和空穴的复合。 为了减小界面处的光生电荷的复合,一种有效的方法就是采用一些材料对电子传输层进行修饰,减少界面处的缺陷态,从而减少光生电荷的复合,进一步提高电池的转换效率。 因此,为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率,当务之急是寻找一种优良的电子传输层修饰材料,并应用于钙钛矿太阳电池。 本发明的目的是提供一种制备BaTiO3薄膜的制备方法,由本方法制备的BaTiO3薄膜作为电子传输层与钙钛矿活性层的界面修饰层,应用于钙钛矿太阳电池,减少了界面光生电子和空穴的复合,提高了钙钛矿电池的转换效率。 将BaTiO3作为界面修饰层应用于钙钛矿太阳电池,可以有效减少光生电荷的复合,提高电池的光电转换效率。 利用BaTiO3对TiO2介孔层进行表面修饰。首先,将Ba(NO3)2溶液旋涂在TiO2介孔层表面合成BaTiO3修饰层,从而提升电池性能。其次,通过对比系列Ba(NO3)2浓度,得到其最佳浓度。 最后,通过系统的测试和表征,探索分析BaTiO3对电池性能影响的机理。 与无修饰层的钙钛矿电池的转换效率(16.13%)相比,基于BaTiO3修饰TiO2的电池转换效率提高到17.87%。 本发明与现有技术相比,具有以下优点: (1)本发明采用将前驱体Ba(NO3)2水溶液旋涂在TiO2介孔层上面制备BaTiO3界面修饰层。这种方法的优点:一是可以通过调节前驱体溶液的浓度精确控制界面修饰层的形貌、厚度等参数,优化太阳电池光电转换效率,获得最高转换效率对应的最佳前驱体溶液浓度;二是该制备方法操作简单,易于掌握,适合应用于大面积太阳能电池的制备。 (2)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层的钙钛矿太阳电池与无界面修饰层的钙钛矿太阳电池相比,电池转换效率得到有效提高,最高效率达到17.9%。 (3)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层能有效减小电子传输层与钙钛矿活性层界面处的光生电子和空穴的复合,提高太阳电池的短路电流、开路电压及填充因子。
基于全喷涂技术的大面积钙钛矿太阳能电池关键问题研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
近年来基于有机铅卤化物钙钛矿的太阳能电池发展迅速,最高效率已经达到了20.1%,接近晶硅太阳能电池的最高效率。但有关有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池大面积制备方面的研究还鲜有报道,如何在廉价的条件下获得大面积高效率的钙钛矿太阳能电池模块是该电池走向实际应用的关键问题。本项目拟采用全喷涂技术来制备大面积形貌和性能可控的钙钛矿太阳能电池薄膜材料,研究喷涂法制备钙钛矿太阳能电池的金属氧化物层、钙钛矿层和空穴传输层材料过程中的微观物理过程,建立相应的物理模型。研究喷涂工艺条件对所制得的薄膜材料特性的影响,理清制备条件-薄膜(形态)结构-器件性能之间的关系,建立制备大面积高效率钙钛矿太阳电池模块的新方法和新技术,制备效率超过12%的10 cm*10 cm的廉价光伏器件。
钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:电力、热力、燃气及水生产和供应业
技术简介
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。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。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(Science360, 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。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。 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。
高效钙钛矿太阳能电池的研发
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果通过对钙钛矿活性层进行组分调变、界面改性和研发新型电子/空穴传输层材料,制备得到了认证效率为22.7%的小面积高效钙钛矿太阳电池(0.488cm2),和认证效率为18.8%、7个子电池串联的钙钛矿太阳电池组件(25.69cm2)。本成果发展了较大面积钙钛矿薄膜的均匀成膜技术,开发了具有较高集成度的钙钛矿组件集成工艺,为钙钛矿太阳电池组件的推广应用奠定了基础,预期未来可很快拓展到更大面积的组件制造。
高效钙钛矿太阳能电池的构筑与工作机理研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
成果属于能源、纳米材料和物理化学等学科交叉领域。钙钛矿太阳能电池是一种利用太阳能产生电能的新型光电转换装置。有机无机卤铅钙钛矿的稳定性及铅毒性是制约该类电池发展。在国家自然科学基金项目和973项目持续资助下,申请人团队围绕钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性核心问题,展开器件新结构、新材料的研究,实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池,取得了以下研究成果:发现点1:多层无机氧化物框架钙钛矿太阳能电池的构建。申请人团队在国际上率先报道了基于多层无机氧化物的新型钙钛矿电池。该类氧化物扮演电荷传输层角色的同时构筑多层框架,增大耗尽层物理宽度,有效提升光生电荷的收集效率。所发展的新型钙钛矿太阳能电池结构有利于器件大面积制备、器件稳定性。实现器件光电转换效率>15%和光照稳定性>1000小时(低于40度)。发现点2:钙钛矿太阳能电池和储能装置系统集成的实现。申请人团队在国际上率先进行钙钛矿太阳能电池与超级电容器的集成,利用钙钛矿太阳能电池的高输出电压的特性,实现了太阳能电池向超级电容器能量高效转化过程效率记录(10%)。发现点3:钙钛矿太阳能电池工作机制确定和界面优化调控。申请人团队率先阐明了材料相变影响器件电荷传输特性的基本规律。在钙钛矿太阳能电池研究领域中较早提出器件开路电压公式和器件内部电荷传输机理。首次通过电化学交流阻抗发现钙钛矿中离子迁移现象,实验获得了激子束缚能,确定了有机卤化铅钙钛矿激子自由分离物理过程机制。发现点4:提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性能关键材料的设计和合成。申请人团队设计与合成螺旋环戊联噻吩系列无添加剂高性能电荷传输材料;通过化学组分工程实现对钙钛矿材料光学性质、热稳定性及其电池性能的调控,提高了钙钛矿太阳能电池器件的环境湿度稳定性。8篇代表作发表于Nano letter.、Nano Energy、ACS Nano以及J.Mater.Chem.A等该领域著名期刊,SCI他引369次,其中高被引论文1篇和期刊热点论文1篇。以项目第一完成人为学术带头人的团队入选湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队。
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:正在研发
技术类型:发明
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池器件领域。该钙钛矿太阳能电池包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极,其中电子传输层的氧化物薄膜是通过蒸汽诱导低温制备得到,在电池阴极上面旋涂30~75nm的氧化物前驱体溶液,然后将其放在含有1‑50mL溶剂的密闭容器中,将密闭容器置于温度为120~180℃的箱式炉中8~16h制得。该制备方法极大的降低氧化物薄膜的制备温度,可用于柔性基底,实现钙钛矿太阳能电池的低温制备并将该方法广泛应用到器件的生产领域;所得钙钛矿太阳能电池开路电压较大,高于普通500℃高温做出的太阳能电池的开路电压。
向阳而生--太阳能电池/集光器集成器件
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本项目所涉及到的关键技术主要包括集成器件所需材料的选择与制备工艺:具体为集光器荧光材料、钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料、电极材料的筛选与制备;钙钛矿太阳能电池的制备;太阳能集光器的制备;钙钛矿太阳能电池与太阳能集光器集成器件的制备;具体技术指标为: 不透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率222% (小面积11cm2) , 217% (5-5cm2) ,215% (10*10cm2) ,光照1000小时后(光照条件: 室温25℃, AM1.5G,光强1000w/m2) ,效率衰减10%,不透明集成器件的性能指标:集成器件光电转换效率较钙钛矿太阳能电池效率提升26%。半透明集成器件的指标:在可见光区域透明度做到30%-70%可控可调,光电转换效率28%。
在反式钙钛矿太阳能电池研究中的突破性成果
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种器件结构。相比于正式器件,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到越来越多的关注。但是,反式结构器件也存在一些显著不足,例如,开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低,这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处,造成了光生载流子的非辐射复合,进而致使能量损失严重,最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善,制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6 eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率也高达20.90%,这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。
找到27项技术成果数据。
找技术 >稀土掺杂钙钛矿型太阳能电池材料研究
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳电池是 2013 年《科学》评选的世界十大科技突破之一,稀土掺 杂光电材料应用于钙钛矿太阳电池是一项全新的探索。 本课题联合台湾大学和华北电力大学,围绕光伏技术开发的效率、成本、稳 定、环境友好等基本要求,以掺杂稀土钙钛矿太阳电池的材料设计和可控制备为 基础,通过材料设计、合成制备、结构表征和效能评价,阐明钙钛矿电池吸光材 料、载流子传输材料及电极材料的能级匹配、界面匹配和结构匹配规律,考察稀 土离子的 P 型 N 型掺杂效应和上下转换发光模式,厘清钙钛矿太阳电池载流子 产生、传输、收集、湮灭过程的演化机理和调控机制,揭示钙钛矿太阳电池的微 观材料结构与宏观光伏性能之间关系,解决关键科学问题,提供成本低、稳定性 高、环境友好的钙钛矿型太阳电池,获得达到国际先进水平的创新性成果,提升 海峡两岸在相关领域开发自主创新能力。
弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆,按照重量百分比计,弱腐蚀碳浆由2~20%的粘结剂、30~75%的有机溶剂、0~5%的辅助溶剂和20~40%的碳材料导电填料组成,粘结剂溶解在有机溶剂中;所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g,有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃;所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g,沸点为大于60℃小于500℃。该弱腐蚀碳浆不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀,而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好,与碳电极之间接触良好。
一种基于钛酸钡界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池由于具有吸收系数大、吸收范围宽,转换效率高等优点在太阳能电池领域受到人们关注。 研究表明,电子传输层与钙钛矿活性层的界面性质是阻碍钙钛矿太阳能电池效率提高的一个重要因素,因为界面的缺陷态会增加光生电子和空穴的复合。 为了减小界面处的光生电荷的复合,一种有效的方法就是采用一些材料对电子传输层进行修饰,减少界面处的缺陷态,从而减少光生电荷的复合,进一步提高电池的转换效率。 因此,为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率,当务之急是寻找一种优良的电子传输层修饰材料,并应用于钙钛矿太阳电池。 本发明的目的是提供一种制备BaTiO3薄膜的制备方法,由本方法制备的BaTiO3薄膜作为电子传输层与钙钛矿活性层的界面修饰层,应用于钙钛矿太阳电池,减少了界面光生电子和空穴的复合,提高了钙钛矿电池的转换效率。 将BaTiO3作为界面修饰层应用于钙钛矿太阳电池,可以有效减少光生电荷的复合,提高电池的光电转换效率。 利用BaTiO3对TiO2介孔层进行表面修饰。首先,将Ba(NO3)2溶液旋涂在TiO2介孔层表面合成BaTiO3修饰层,从而提升电池性能。其次,通过对比系列Ba(NO3)2浓度,得到其最佳浓度。 最后,通过系统的测试和表征,探索分析BaTiO3对电池性能影响的机理。 与无修饰层的钙钛矿电池的转换效率(16.13%)相比,基于BaTiO3修饰TiO2的电池转换效率提高到17.87%。 本发明与现有技术相比,具有以下优点: (1)本发明采用将前驱体Ba(NO3)2水溶液旋涂在TiO2介孔层上面制备BaTiO3界面修饰层。这种方法的优点:一是可以通过调节前驱体溶液的浓度精确控制界面修饰层的形貌、厚度等参数,优化太阳电池光电转换效率,获得最高转换效率对应的最佳前驱体溶液浓度;二是该制备方法操作简单,易于掌握,适合应用于大面积太阳能电池的制备。 (2)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层的钙钛矿太阳电池与无界面修饰层的钙钛矿太阳电池相比,电池转换效率得到有效提高,最高效率达到17.9%。 (3)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层能有效减小电子传输层与钙钛矿活性层界面处的光生电子和空穴的复合,提高太阳电池的短路电流、开路电压及填充因子。
基于全喷涂技术的大面积钙钛矿太阳能电池关键问题研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
近年来基于有机铅卤化物钙钛矿的太阳能电池发展迅速,最高效率已经达到了20.1%,接近晶硅太阳能电池的最高效率。但有关有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池大面积制备方面的研究还鲜有报道,如何在廉价的条件下获得大面积高效率的钙钛矿太阳能电池模块是该电池走向实际应用的关键问题。本项目拟采用全喷涂技术来制备大面积形貌和性能可控的钙钛矿太阳能电池薄膜材料,研究喷涂法制备钙钛矿太阳能电池的金属氧化物层、钙钛矿层和空穴传输层材料过程中的微观物理过程,建立相应的物理模型。研究喷涂工艺条件对所制得的薄膜材料特性的影响,理清制备条件-薄膜(形态)结构-器件性能之间的关系,建立制备大面积高效率钙钛矿太阳电池模块的新方法和新技术,制备效率超过12%的10 cm*10 cm的廉价光伏器件。
钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:电力、热力、燃气及水生产和供应业
技术简介
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。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。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(Science360, 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。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。 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。
高效钙钛矿太阳能电池的研发
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果通过对钙钛矿活性层进行组分调变、界面改性和研发新型电子/空穴传输层材料,制备得到了认证效率为22.7%的小面积高效钙钛矿太阳电池(0.488cm2),和认证效率为18.8%、7个子电池串联的钙钛矿太阳电池组件(25.69cm2)。本成果发展了较大面积钙钛矿薄膜的均匀成膜技术,开发了具有较高集成度的钙钛矿组件集成工艺,为钙钛矿太阳电池组件的推广应用奠定了基础,预期未来可很快拓展到更大面积的组件制造。
高效钙钛矿太阳能电池的构筑与工作机理研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
成果属于能源、纳米材料和物理化学等学科交叉领域。钙钛矿太阳能电池是一种利用太阳能产生电能的新型光电转换装置。有机无机卤铅钙钛矿的稳定性及铅毒性是制约该类电池发展。在国家自然科学基金项目和973项目持续资助下,申请人团队围绕钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性核心问题,展开器件新结构、新材料的研究,实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池,取得了以下研究成果:发现点1:多层无机氧化物框架钙钛矿太阳能电池的构建。申请人团队在国际上率先报道了基于多层无机氧化物的新型钙钛矿电池。该类氧化物扮演电荷传输层角色的同时构筑多层框架,增大耗尽层物理宽度,有效提升光生电荷的收集效率。所发展的新型钙钛矿太阳能电池结构有利于器件大面积制备、器件稳定性。实现器件光电转换效率>15%和光照稳定性>1000小时(低于40度)。发现点2:钙钛矿太阳能电池和储能装置系统集成的实现。申请人团队在国际上率先进行钙钛矿太阳能电池与超级电容器的集成,利用钙钛矿太阳能电池的高输出电压的特性,实现了太阳能电池向超级电容器能量高效转化过程效率记录(10%)。发现点3:钙钛矿太阳能电池工作机制确定和界面优化调控。申请人团队率先阐明了材料相变影响器件电荷传输特性的基本规律。在钙钛矿太阳能电池研究领域中较早提出器件开路电压公式和器件内部电荷传输机理。首次通过电化学交流阻抗发现钙钛矿中离子迁移现象,实验获得了激子束缚能,确定了有机卤化铅钙钛矿激子自由分离物理过程机制。发现点4:提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性能关键材料的设计和合成。申请人团队设计与合成螺旋环戊联噻吩系列无添加剂高性能电荷传输材料;通过化学组分工程实现对钙钛矿材料光学性质、热稳定性及其电池性能的调控,提高了钙钛矿太阳能电池器件的环境湿度稳定性。8篇代表作发表于Nano letter.、Nano Energy、ACS Nano以及J.Mater.Chem.A等该领域著名期刊,SCI他引369次,其中高被引论文1篇和期刊热点论文1篇。以项目第一完成人为学术带头人的团队入选湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队。
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:正在研发
技术类型:发明
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池器件领域。该钙钛矿太阳能电池包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极,其中电子传输层的氧化物薄膜是通过蒸汽诱导低温制备得到,在电池阴极上面旋涂30~75nm的氧化物前驱体溶液,然后将其放在含有1‑50mL溶剂的密闭容器中,将密闭容器置于温度为120~180℃的箱式炉中8~16h制得。该制备方法极大的降低氧化物薄膜的制备温度,可用于柔性基底,实现钙钛矿太阳能电池的低温制备并将该方法广泛应用到器件的生产领域;所得钙钛矿太阳能电池开路电压较大,高于普通500℃高温做出的太阳能电池的开路电压。
向阳而生--太阳能电池/集光器集成器件
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本项目所涉及到的关键技术主要包括集成器件所需材料的选择与制备工艺:具体为集光器荧光材料、钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料、电极材料的筛选与制备;钙钛矿太阳能电池的制备;太阳能集光器的制备;钙钛矿太阳能电池与太阳能集光器集成器件的制备;具体技术指标为: 不透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率222% (小面积11cm2) , 217% (5-5cm2) ,215% (10*10cm2) ,光照1000小时后(光照条件: 室温25℃, AM1.5G,光强1000w/m2) ,效率衰减10%,不透明集成器件的性能指标:集成器件光电转换效率较钙钛矿太阳能电池效率提升26%。半透明集成器件的指标:在可见光区域透明度做到30%-70%可控可调,光电转换效率28%。
在反式钙钛矿太阳能电池研究中的突破性成果
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种器件结构。相比于正式器件,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到越来越多的关注。但是,反式结构器件也存在一些显著不足,例如,开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低,这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处,造成了光生载流子的非辐射复合,进而致使能量损失严重,最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善,制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6 eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率也高达20.90%,这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。
找到27项技术成果数据。
找技术 >稀土掺杂钙钛矿型太阳能电池材料研究
成熟度:通过中试
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳电池是 2013 年《科学》评选的世界十大科技突破之一,稀土掺 杂光电材料应用于钙钛矿太阳电池是一项全新的探索。 本课题联合台湾大学和华北电力大学,围绕光伏技术开发的效率、成本、稳 定、环境友好等基本要求,以掺杂稀土钙钛矿太阳电池的材料设计和可控制备为 基础,通过材料设计、合成制备、结构表征和效能评价,阐明钙钛矿电池吸光材 料、载流子传输材料及电极材料的能级匹配、界面匹配和结构匹配规律,考察稀 土离子的 P 型 N 型掺杂效应和上下转换发光模式,厘清钙钛矿太阳电池载流子 产生、传输、收集、湮灭过程的演化机理和调控机制,揭示钙钛矿太阳电池的微 观材料结构与宏观光伏性能之间关系,解决关键科学问题,提供成本低、稳定性 高、环境友好的钙钛矿型太阳电池,获得达到国际先进水平的创新性成果,提升 海峡两岸在相关领域开发自主创新能力。
弱腐蚀碳浆、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池的弱腐蚀碳浆,按照重量百分比计,弱腐蚀碳浆由2~20%的粘结剂、30~75%的有机溶剂、0~5%的辅助溶剂和20~40%的碳材料导电填料组成,粘结剂溶解在有机溶剂中;所述有机溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度低于0.1g,有机溶剂的沸点为大于60℃小于500℃;所述辅助溶剂对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料的溶解度为大于0.1g,沸点为大于60℃小于500℃。该弱腐蚀碳浆不仅能够减少对钙钛矿薄膜的腐蚀,而且可以使所形成的碳电极与钙钛矿薄膜之间接触良好。本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,该钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜完整性更好,与碳电极之间接触良好。
一种基于钛酸钡界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池由于具有吸收系数大、吸收范围宽,转换效率高等优点在太阳能电池领域受到人们关注。 研究表明,电子传输层与钙钛矿活性层的界面性质是阻碍钙钛矿太阳能电池效率提高的一个重要因素,因为界面的缺陷态会增加光生电子和空穴的复合。 为了减小界面处的光生电荷的复合,一种有效的方法就是采用一些材料对电子传输层进行修饰,减少界面处的缺陷态,从而减少光生电荷的复合,进一步提高电池的转换效率。 因此,为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率,当务之急是寻找一种优良的电子传输层修饰材料,并应用于钙钛矿太阳电池。 本发明的目的是提供一种制备BaTiO3薄膜的制备方法,由本方法制备的BaTiO3薄膜作为电子传输层与钙钛矿活性层的界面修饰层,应用于钙钛矿太阳电池,减少了界面光生电子和空穴的复合,提高了钙钛矿电池的转换效率。 将BaTiO3作为界面修饰层应用于钙钛矿太阳电池,可以有效减少光生电荷的复合,提高电池的光电转换效率。 利用BaTiO3对TiO2介孔层进行表面修饰。首先,将Ba(NO3)2溶液旋涂在TiO2介孔层表面合成BaTiO3修饰层,从而提升电池性能。其次,通过对比系列Ba(NO3)2浓度,得到其最佳浓度。 最后,通过系统的测试和表征,探索分析BaTiO3对电池性能影响的机理。 与无修饰层的钙钛矿电池的转换效率(16.13%)相比,基于BaTiO3修饰TiO2的电池转换效率提高到17.87%。 本发明与现有技术相比,具有以下优点: (1)本发明采用将前驱体Ba(NO3)2水溶液旋涂在TiO2介孔层上面制备BaTiO3界面修饰层。这种方法的优点:一是可以通过调节前驱体溶液的浓度精确控制界面修饰层的形貌、厚度等参数,优化太阳电池光电转换效率,获得最高转换效率对应的最佳前驱体溶液浓度;二是该制备方法操作简单,易于掌握,适合应用于大面积太阳能电池的制备。 (2)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层的钙钛矿太阳电池与无界面修饰层的钙钛矿太阳电池相比,电池转换效率得到有效提高,最高效率达到17.9%。 (3)本发明制备的基于BaTiO3界面修饰层能有效减小电子传输层与钙钛矿活性层界面处的光生电子和空穴的复合,提高太阳电池的短路电流、开路电压及填充因子。
基于全喷涂技术的大面积钙钛矿太阳能电池关键问题研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
近年来基于有机铅卤化物钙钛矿的太阳能电池发展迅速,最高效率已经达到了20.1%,接近晶硅太阳能电池的最高效率。但有关有机铅卤化物钙钛矿太阳能电池大面积制备方面的研究还鲜有报道,如何在廉价的条件下获得大面积高效率的钙钛矿太阳能电池模块是该电池走向实际应用的关键问题。本项目拟采用全喷涂技术来制备大面积形貌和性能可控的钙钛矿太阳能电池薄膜材料,研究喷涂法制备钙钛矿太阳能电池的金属氧化物层、钙钛矿层和空穴传输层材料过程中的微观物理过程,建立相应的物理模型。研究喷涂工艺条件对所制得的薄膜材料特性的影响,理清制备条件-薄膜(形态)结构-器件性能之间的关系,建立制备大面积高效率钙钛矿太阳电池模块的新方法和新技术,制备效率超过12%的10 cm*10 cm的廉价光伏器件。
钙钛矿太阳能电池中非辐射复合能量损失的研究
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:电力、热力、燃气及水生产和供应业
技术简介
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。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。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(Science360, 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。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。 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。
高效钙钛矿太阳能电池的研发
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本成果通过对钙钛矿活性层进行组分调变、界面改性和研发新型电子/空穴传输层材料,制备得到了认证效率为22.7%的小面积高效钙钛矿太阳电池(0.488cm2),和认证效率为18.8%、7个子电池串联的钙钛矿太阳电池组件(25.69cm2)。本成果发展了较大面积钙钛矿薄膜的均匀成膜技术,开发了具有较高集成度的钙钛矿组件集成工艺,为钙钛矿太阳电池组件的推广应用奠定了基础,预期未来可很快拓展到更大面积的组件制造。
高效钙钛矿太阳能电池的构筑与工作机理研究
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
成果属于能源、纳米材料和物理化学等学科交叉领域。钙钛矿太阳能电池是一种利用太阳能产生电能的新型光电转换装置。有机无机卤铅钙钛矿的稳定性及铅毒性是制约该类电池发展。在国家自然科学基金项目和973项目持续资助下,申请人团队围绕钙钛矿太阳能电池光电转换效率和器件稳定性核心问题,展开器件新结构、新材料的研究,实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池,取得了以下研究成果:发现点1:多层无机氧化物框架钙钛矿太阳能电池的构建。申请人团队在国际上率先报道了基于多层无机氧化物的新型钙钛矿电池。该类氧化物扮演电荷传输层角色的同时构筑多层框架,增大耗尽层物理宽度,有效提升光生电荷的收集效率。所发展的新型钙钛矿太阳能电池结构有利于器件大面积制备、器件稳定性。实现器件光电转换效率>15%和光照稳定性>1000小时(低于40度)。发现点2:钙钛矿太阳能电池和储能装置系统集成的实现。申请人团队在国际上率先进行钙钛矿太阳能电池与超级电容器的集成,利用钙钛矿太阳能电池的高输出电压的特性,实现了太阳能电池向超级电容器能量高效转化过程效率记录(10%)。发现点3:钙钛矿太阳能电池工作机制确定和界面优化调控。申请人团队率先阐明了材料相变影响器件电荷传输特性的基本规律。在钙钛矿太阳能电池研究领域中较早提出器件开路电压公式和器件内部电荷传输机理。首次通过电化学交流阻抗发现钙钛矿中离子迁移现象,实验获得了激子束缚能,确定了有机卤化铅钙钛矿激子自由分离物理过程机制。发现点4:提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性能关键材料的设计和合成。申请人团队设计与合成螺旋环戊联噻吩系列无添加剂高性能电荷传输材料;通过化学组分工程实现对钙钛矿材料光学性质、热稳定性及其电池性能的调控,提高了钙钛矿太阳能电池器件的环境湿度稳定性。8篇代表作发表于Nano letter.、Nano Energy、ACS Nano以及J.Mater.Chem.A等该领域著名期刊,SCI他引369次,其中高被引论文1篇和期刊热点论文1篇。以项目第一完成人为学术带头人的团队入选湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队。
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
成熟度:正在研发
技术类型:发明
应用行业:制造业
技术简介
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法,属于太阳能电池器件领域。该钙钛矿太阳能电池包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极,其中电子传输层的氧化物薄膜是通过蒸汽诱导低温制备得到,在电池阴极上面旋涂30~75nm的氧化物前驱体溶液,然后将其放在含有1‑50mL溶剂的密闭容器中,将密闭容器置于温度为120~180℃的箱式炉中8~16h制得。该制备方法极大的降低氧化物薄膜的制备温度,可用于柔性基底,实现钙钛矿太阳能电池的低温制备并将该方法广泛应用到器件的生产领域;所得钙钛矿太阳能电池开路电压较大,高于普通500℃高温做出的太阳能电池的开路电压。
向阳而生--太阳能电池/集光器集成器件
成熟度:可规模生产
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
本项目所涉及到的关键技术主要包括集成器件所需材料的选择与制备工艺:具体为集光器荧光材料、钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料、电极材料的筛选与制备;钙钛矿太阳能电池的制备;太阳能集光器的制备;钙钛矿太阳能电池与太阳能集光器集成器件的制备;具体技术指标为: 不透明钙钛矿太阳能电池的光电转换效率222% (小面积11cm2) , 217% (5-5cm2) ,215% (10*10cm2) ,光照1000小时后(光照条件: 室温25℃, AM1.5G,光强1000w/m2) ,效率衰减10%,不透明集成器件的性能指标:集成器件光电转换效率较钙钛矿太阳能电池效率提升26%。半透明集成器件的指标:在可见光区域透明度做到30%-70%可控可调,光电转换效率28%。
在反式钙钛矿太阳能电池研究中的突破性成果
成熟度:-
技术类型:-
应用行业:制造业
技术简介
钙钛矿太阳能电池分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)两种器件结构。相比于正式器件,反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池(硅基电池、铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点,受到越来越多的关注。但是,反式结构器件也存在一些显著不足,例如,开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低,这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处,造成了光生载流子的非辐射复合,进而致使能量损失严重,最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善,制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈,朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究,首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法,开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控,显著降低了器件中非辐射复合的能量损失,在提升器件开路电压方面取得了突破,首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压(材料带隙宽度~1.6 eV)。同时,在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下,显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51%。经中国计量科学研究院认证,器件的光电转换效率也高达20.90%,这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中,具有潜在的应用前景和商业价值。