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钙钛矿敏化剂太阳能电池研究进展
作者:陈鹏    发布于:2014-04-12 10:44:27    文字:【】【】【

钙钛矿敏化剂太阳能电池研究进展

 

 

近四年来,钙钛矿太阳电池得到了迅速发展,其光电转换效率由最初的3.8%发展到了16.2%的水平。同时,电池器件在低温制备及柔性化方面也取得了较大进展。

2009年,myasaka首次将具有钙钛矿结构的有机铅卤化物作为光吸收材料用于液态电解质染料敏化太阳电池。由于钙钛矿吸光层在液态电解质中稳定性差,仅得到3.8%左右的光电转换效率。此后,通过进一步优化光阳极介孔薄膜的厚度,液态电解质染料敏化太阳电池的效率提高到了6.54%2012年,Grazel组报道了基于钙钛矿敏化固态介孔太阳电池,利用spiro-OMeTAD作为HTM层代替液相电解质,效率达到9.7%。同年,英国牛津大学Snaith小组通过对介孔材料及钙钛矿结构光吸收材料的优选,采用了“介孔超结构杂化太阳能电池”,利用Al2O3作为支架代替传统的TiO2,通过进一步的研究发现降低杂化电池介孔层的厚度,也可显著提高电池器件的光电转换效率,将固态敏化太阳电池的效率提高到了10.9%。同年,Grazle组利用分部沉积的方法将,在TiO2介孔层中得到均匀反应更加完全的钙钛矿晶体,得到的电池的效率高达15%2013年,Snaith小组首次报道了光电转换效率为15.4%的平面异质结钙钛矿太阳电池,利用热蒸的方法得到大面积均匀的钙钛矿薄膜。这为平面异质结结构的钙钛矿太阳能电池奠定了基础。

随后的几篇是在2014报道的效率最高的几个工作。其中效率最高的是通过发展致密层低温制备技术及开发新型电子收集层材料,转换效率已达15.9%。采用ZnO纳米颗粒作为电子输运层的柔性钙钛矿电池效率已高达10.2%。具体工作我会在下面详细介绍。

目前,经美国可再生能源国家实验室(NREL)认证的实验室样品电池的效率已高达16.2%。英国《自然》周刊发表评论预计,到2014年底,钙钛矿太阳电池的最高光电转换效率可望突破20%的大关,据群里讨论,Grazal组,在新加坡南阳理工实验室已经将效率做到19.2%,,丝网印刷技术应用在钙钛矿吸收层的制备,有望是下一篇nature

国内对钙钛矿太阳能电池的研究进行的较晚,中科院等离子体所和中科院大连化学物理研究所在探索新型空穴传输材料方面进行了研究,分别采用P3HT/多壁碳纳米管,和PCBTDPP作为空穴传输材料,获得了6.45%,5.55%的光电转换效率。华中科技大学开发了钙钛矿太阳电池新型制备技术,采用廉价的碳材料取代贵金属作为导电电极,结合印刷的工艺获得了效率为6.64%的器件。此外,清华大学着重研究了钙钛矿太阳电池的稳定性,研究表明引入Al2O3层会提高钙钛矿太阳电池的稳定性。中国科学院物理孟庆波组所报道了效率为10.49%无空穴传输材料的钙钛矿太阳电池,并结合单异质结理想二极管模型及阻抗技术证明了该类无空穴传输材料的钙钛矿太阳电池是一种典型的异质结电池。

 

 

序 号

年 份

国 家

电池特征

电池效率

参考文献

1

2009

日本

液态

3.8%

J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6050

2

2012

韩国

固态

9.7%

Sci. Rep. 2012, 2, 591

3

2012

英国

固态

10.9%

Science 2012, 338, 643

4

2013

瑞士

固态

15.0%

Nature 2013, 499, 316

5

2013

英国

固态

15.4%

Nature 2013, 501, 395

6

2014

英国

固体

15.6%

Nano Letters 2014, 14, 724

7

2014

加拿大

固态

15.7%

Nature Photonics, 2014, 8, 133

8

2014

英国

固态

15.9%

Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1142

9

2013

韩国

认证电池

16.2%

www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency chart.jpg

10

2014

加拿大

柔性固态

10.2%

Nature Photonics, 2014, 8, 133

 

序号

年 份

国内单位

电池效率

参考文献

1

2013

中国科学院等离子体所

6.45%

Chem. Commun., 2013, 49, 7277

2

2013

中科院大连化学物理研究所

大连理工大学

5.55%

Energy Environ. Sci., 2013, 6, 1480

3

2013

华中科技大学

6.64%

SCIENTIFIC REPORTS, 2013, 3, 3132

4

2013

清华大学

6.12%

J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 11735

5

2014

中国科学院物理研究所

10.49%

Appl. Phys. Lett. 104, 063901 (2014

 

脚注信息
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