钙钛矿太阳能电池技术与发展.ppt
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1、,钙钛矿太阳能电池(Provskite Solar Cell),2023/6/2Weiping Wang,框架,引言钙钛矿晶体结构和光伏特性钙钛矿材料的制备方法与形貌控制钙钛矿太阳能电池的结构优化钙钛矿太阳能电池的稳定性总结,引言,钙钛矿太阳能电池自2009年被提出以来取得了迅猛的发展,其性能甚至超越了其他类型的电池多年的积累。因其有着很好的光吸收特性以及载流子输运特性,同时又是直接带隙半导体材料,特别适合于制作太阳能。在2013年被Science评委国际十大科技进展之一。截至目前,被认证的最高效率已达到22.1%,未来仍有望突破,逼近SQ理论极限。,PPT模板下载:行业PPT模板:节日PPT
2、模板:素材下载:PPT背景图片:图表下载:优秀PPT下载:教程:Word教程:教程:资料下载:课件下载:范文下载:试卷下载:教案下载:PPT论坛:,一、钙钛矿晶体结构和光伏特性1.1历史与发展,索引结果数量,效率由3.8%至22.1%仅用7年相关研究成果这三年发展迅速,被誉为“光伏领域的新希望”,索引词“organic-inorganic perovskite solar cell”,相变分析容忍因子八面体扭转体积参数法SPuDS软件模拟,一、钙钛矿晶体结构和光伏特性1.2钙钛矿结构,Requirement1.tolerance fact:0.78t1.052.octahedral fact:
3、0.44u0.90,ABX3,CH3NH3PbI3,离子构成A:CH3NH3+,NH=CH3+,位于晶格八个定点B:Pb2+,Sn2+等金属离子,位于体心X:卤素离子占据面心,一、钙钛矿晶体结构和光伏特性1.3元素调控,调控位置A:膨胀或收缩晶格从而改变带隙 MA,FA,CsB:Ge,Sn,Pb,Cu等X:比例掺杂Br-I,Cl-Br等,一、钙钛矿晶体结构和光伏特性1.4电池基本结构,需要多孔层厚度500nm形貌稳定重复性好回滞不明显易漏电开路电压低,层叠结构厚度400nm制作简单开路电压高重复性较差形貌不稳定回滞较明显,介孔结构,平面异质结结构(p-i-n),钙钛矿电池的发展过程,最佳结构,
4、二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制2.1一步旋涂法,不同前驱液配比 PbI2:MAI,不同退火温度,常见参数:溶剂:DMF,GBL,DMSO配比:PbI2:MAI=1:1,PbCl2:MAI=1:3旋涂速度:2000-4500 rpm退火温度:常温130C溶液浓度:1M,优点:操作简单应用广泛研究成果多,不同退火时长,不足:对条件特别敏感成膜不均匀覆盖率不高重复性低,二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制2.1一步旋涂法溶剂的选择,DMF:形成针状晶体GBL:形成团簇晶体,DMF/DMAc混合溶剂GBL/DMSO混合溶剂,混合溶剂能够使钙钛矿材料形成中间相,放缓钙钛矿的结晶速度,形成更致密且均匀的
5、钙钛矿层,二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制2.1一步旋涂法添加剂,不同量的MACl对形貌的影响增加MACl就要相应的延长退火时间,介孔结构,平面结构,其它常见添加剂:NH4Cl,二碘代烷,DIO,HBr,水减慢钙钛矿结晶过程,使得原本针状的聚集的晶体变成了较小的晶体,由此实现了大覆盖率,0,0.5,1.0,2.0,不同量的MACl,二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制2.1一步旋涂法快速沉积结晶法(FDC),FDC,传统方法,FDC法:晶粒尺寸明显增大,表面平整度提高,覆盖率高,将旋涂后仍潮湿的MAPbI3薄膜中立即投入12种不良溶剂,让DMF迅速被不良溶剂萃取,薄膜中过饱和度迅速升高,成核过
6、程早于晶体生长,二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制2.1一步旋涂法热涂附技术,将热的前驱体溶液旋涂于并稳定保持在180C的基板上,由于基板温度远远高于结晶温度,过量的溶液延长了晶体的生长,获得了晶体尺寸为1-2mm的钙钛矿薄膜。,器件重复性高,最高效率达到18%无回滞现象电荷迁移率大,二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制2.2分步液浸法,常见参数:溶剂:DMF,GBL,DMSO溶液浓度:PbI2(1 M),MAI(5mg/ml)旋涂速度:2000-4500 rpm浸泡时长:1 min退火温度:常温130C,优点:重复性好可控性高均一性高形貌易控制,不足:不适用平面结构只能制备200 nm 厚的钙
7、钛矿平面薄膜异质结电池,实验方法:在多孔层上旋涂PbI2,使其均匀进入多孔层,干燥后,在浸泡于MAI溶液中,反应约1min,用异丙醇冲洗多余的MAI,退火烘干。,二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制2.2分步液浸法湿润控制与浸泡温度,退火前,以异丙醇湿润表面,通过精确控制湿润步骤和使用较高的浸泡反应温度,加快钙钛矿晶体的生长,使钙钛矿与空穴传输层之间的界面变得粗糙且连续。,湿润时长,粗糙度,钙钛矿与空穴层粗糙的界面加强了光散射实现了器件在长波范围的吸收增强,同时也有利于电荷传输。相应的电池效率达到10%以上。,二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制2.2分步液浸法2.2.2 多孔碘化铅,在手套箱中氮
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