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关于钙钛矿及卤化物的特性都有哪些?

发布时间:

2021/09/15 00:00

全钙钛矿串联太阳能电池有望实现光伏发电,其功率转换效率高于单结电池的详细平衡极限,同时保留了与金属卤化物钙钛矿光伏相关的低成本、重量轻和其他优势。然而,全钙钛矿串联电池的效率和稳定性受到基于Sn-Pb的窄带隙钙钛矿电池的限制。

在典型的有机金属卤化物钙钛矿电池中含有铅元素,而铅元素一旦泄露会产生严重的环境污染问题,因此铅元素在国际许多国家和地区都被列为禁止使用的材料,与此同时,含铅钙钛矿电池的回收也是重要的研究课题。研究者们在努力向无铅化钙钛矿探索,但相应会带来电池转换效率的降低。

的,一直致力于钙钛矿和CIGS太阳能电池的机械堆叠串联方面的研究,这种太阳能电池有望显著提高转换效率。有机金属卤化物钙钛矿和CIGS均具有高光吸收性能,可制造的薄膜厚度约为传统硅太阳能电池的1/100,并且易于轻量化和柔性化。

卤化物钙钛矿在光电器件中表现出色。然而,鉴于钙钛矿表现出深电荷载流子陷阱以及空间组成和结构异质性,这种特殊的性能是惊人的,所有这些都对性能有害。

然而,这些纳米晶体在光激发和施加偏压时易受卤化物偏析的影响。尽管付出了很多努力,混合卤化物钙钛矿纳米晶体的颜色稳定红色电致发光尚未实现。最近的研究表明,卤化物偏析是通过空位和间隙缺陷的扩散发生的。在实验测量的混合卤化物钙钛矿薄膜和计算研究的纯碘化物系统中,卤化物缺陷似乎迁移到晶界或晶体表面。对于多晶薄膜,通过使用碱金属卤化物或更大的有机铵离子钝化晶界,可提高带隙稳定性和器件效率。对于纳米晶体,界面钝化特别重要,因为纳米晶体的高比表面积与体积比,并且报告称卤化物偏析可发生在纳米晶体内部(内部)和之间(内部)。解决纳米晶体中卤化物偏析问题的一种方法可能涉及去除或固定表面缺陷的表面处理。

不过近年,随着金属卤化物研究的崛起,钙钛矿正迅速成长为一个它的一个有力竞争对手——除了效率接近于硅基材料,它还更加轻便、灵活、以及低成本。

金属卤化物钙钛矿型发光二极管(PeLEDs)因其高效率、低成本和易调谐的光电性能被认为有望应用于下一代光电器件。添加剂的引入是提高PeLED器件效率的重要策略,可分为离子型和中性型。已报道的添加剂对器件效率的提高主要源于它们对钙钛矿自身特性的影响,如钝化缺陷。具有促进器件载流子辐射复合能力的中性添加剂尚未见报道。

在具体的使用环境中,有机无机杂化金属卤化物钙钛矿容易受到湿度、温度、光照、紫外线等的影响,发生分解使得钙钛矿太阳电池光电转换效率下降,稳定性较差。因此,提高钙钛矿太阳能电池的稳定性以提高使用寿命是钙钛矿太阳能电池面向产业化应用的技术改进点,相关专利的年申请量也保持稳定上升。

(4)路易斯酸/碱:路易斯酸和路易斯碱分别指的是可接受和给予电子对的物质。在钙钛矿薄膜上存在欠配位的卤化物阴离子(路易斯碱)及Pb离子(路易斯酸)。通过路易斯酸-碱络合物钝化,可降低薄膜缺陷密度,提高电池效率及稳定性。

这项工作揭示了卤化物钙钛矿中Pb0 的起源和影响,并提供了避免形成有害的Pb0副产物的策略,这将推动卤化物钙钛矿太阳能电池、探测器等器件性能的进一步提高。

作者的工作说明了金属卤化物钙钛矿对晶体表面的性质极其敏感,并提供了一种控制表面缺陷形成和迁移的途径。这对于实现光发射的带隙稳定性至关重要,并且还可能对其他光电应用产生更广泛的影响。(文:爱新觉罗星)

钙钛矿:钙钛矿太阳能电池,采用具有钙钛矿晶体结构的有机无机杂化的金属卤化物作为吸光层。钙钛矿指代一大类具有与此类矿物相同晶体结构的化合物,把结构与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。其化学成分简写为AMX3,其中A通常代表有机分子,M代表金属(如铅或锡),X代表卤素(如碘或氯)。钙钛矿太阳能电池世界最高光电转换效率纪录已达到25.2%,钙钛矿与晶硅叠层电池的效率已经达到29.15%。

全无机无铅金属卤化物因其独特的光学性能和可溶液加工的特点,有望替代铅卤钙钛矿在LED、光电探测、太阳能电池等领域发挥重要作用。该类材料可通过掺杂过渡金属或ns2电子组态离子实现在可见波段的高效发光,但其近红外(NIR)发光却受限于掺杂稀土离子的f→f禁戒跃迁吸收强度弱、发光效率低的瓶颈。实现无铅金属卤化物的高效NIR发光,对于新型NIR-LED器件及其应用开发具有重要意义。

钙钛矿太阳能电池,采用具有钙钛矿晶体结构的有机无机杂化的金属卤化物作为吸光层,其特点为易于制备,成本低廉,转换效率高。机构认为,国内外企业正积极布局钙钛矿领域,目前、、等相关企业已逐渐进行钙钛矿电池商业化尝试,钙钛矿电池有望成为高效电池黑马。

钙钛矿太阳能电池,采用具有钙钛矿晶体结构的有机无机杂化的金属卤化物作为吸光层,其特点为易于制备,成本低廉,转换效率高。机构认为,国内外企业正积极布局钙钛矿领域,目前、相关企业已逐渐进行钙钛矿电池商业化尝试,钙钛矿电池有望成为高效电池黑马。

在原子级别上构建均相、异相界面对于光电、能源转化、光子、自旋、量子器件中获得较高的性能非常重要,在自然界中这种调控方法在构建复杂结构得以应用,实现了对物质、能量的有效调控。但是实验室中设计合成此类材料具有较高难度。有机-无机二维卤化物钙钛矿(2DPKs)材料作为有机-无机复合结构二维材料,能够在溶剂中进行自组装反应形成周期性变化的结构,展示了广泛的组成和结构变化范围,产生新颖、吸引人的物理学性质。AdityaD.Mohite等综述报道了二维有机-无机卤化物钙钛矿材料的自组装过程,为有机-无机杂化界面的低维半导体提供了深入理解的机会。

卤化物钙钛矿中的残余晶格应变已被认为是影响钙钛矿太阳能电池(PSC)器件效率和稳定性的关键因素。在这里,我们揭示了有机卤化铵的逸出及其在热退火后的不均匀分布可能导致固有热稳定甲脒-铯(FAC)钙钛矿薄膜的严重残余应变。

金属卤化物钙钛矿中的金属铅(Pb0)杂质因其对钙钛矿太阳能电池(PSC)的不利影响而引起了极大的研究关注。然而,这一问题背后的Pb0 的起源和影响尚未得到很好的理解。,以及方国家等人研究表明Pb0在卤化物钙钛矿的生长中几乎不形成,但在具有过量PbI2 的钙钛矿薄膜中很容易后形成。

钙钛矿是一种具有与矿物钙钛氧化物(最早发现的钙钛矿晶体)相同的晶体结构的材料。钙钛矿晶体如今在超声波机器,存储芯片以及现在的太阳能电池中都可以找到。而钙钛矿电池则是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的电池,多用作太阳能电池,即钙钛矿太阳能电池,属于第三代太阳能电池,也称作新概念太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池,采用具有钙钛矿晶体结构的有机无机杂化的金属卤化物作为吸光层。钙钛矿指代一大类具有与此类矿物相同晶体结构的化合物,把结构与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。其化学成分简写为AMX3,其中A通常代表有机分子,M代表金属(如铅或锡),X代表卤素(如碘或氯)。钙钛矿太阳能电池世界最高光电转换效率记录已达到25.2%,钙钛矿与晶硅叠层电池的效率已经达到29.15%。

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