徐保民教授--钙钛矿太阳能电池-solarbe文库

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1 钙钛矿太阳能电池徐保民南方科技大学材料科学与工程系，深圳，中国 xubmsustech.edu.cn 2019年 11月 21日 2 报告人简介 – 徐保民学习工作经历  清华大学学士 1981-1986；中科院上海硅酸盐所博士 1986-1991  中科院上海硅酸盐所助理研究员 /副研究员 1991-1994  美国宾州州大博士后 1994-1996，助理研究教授 1996-2000  美国施乐公司 PARC中心高级研究员，项目经理 2000-2014  南科大材料系讲席教授、材料系科研副主任 2014-至今主要科研成果发表科研论文 110余篇，获授权美国专利 32项，其中 23项为第一 /唯一发明人主要研究方向新型清洁能源材料和器件及其制备技术  清洁能源产生新型钙钛矿太阳能电池材料和器件及其产业化，高效晶硅电池的低成本制备技术；  储存可充电电池和超级电容器新型制备技术，新材料；  理论和模拟有限元模拟 ;“载能子 ” 产生、分离、传输和复合的机理。 3 Perovskite solar cellsAccessed on Nov. 03, 2019 太阳能电池实验室最高效率记录钙钛矿电池实验室最高效率 25.2 4 钙钛矿电池发文统计钙钛矿电池是太阳能领域研究的焦点 5 首个钙钛矿太阳能电池 J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 6050 liquid electrolyte, poor stability Tsutomu MiyasakaToin University of Yokohama PCE 3.8 6 有机 -无机杂化钙钛矿吸收层材料 ABX3 BSn,Pb X I,Br,Cl AMA, FA David Mitzi Duke 钙钛矿结构 CaTiO3 ABX3 CH3NH3PbI3 7 钙钛矿材料性能优势 Perovskite Si CIGS GaAs Bandgap eV 1.55 tunable 1.12 1.15 1.43 Absorption coefficient 10 4-5 103 104-5 104-5 Carrier mobility cm2/V·s 2000 1500 100 ns ms 50-200 ns 150/g 中间结构太复杂很多环  合成复杂  成本高 2 导电性太低  添加锂盐增加导电性  锂盐易吸水  稳定性差 25-250/g 22 新型空穴传输层材料设计原则 --简单易得结构简单单环结构合成容易只需 2步合成 DTB Luozheng Zhang, Baomin Xu* et al, Advanced Materials, 2018, 1804028 23 新型空穴传输层材料设计原则 –功效显著 1）短的侧链 “边朝上” 更多噻吩接触钙钛矿层 2）少的侧链 噻吩更接近钙钛矿 DTB 更好钝化和电荷转移功能 Perovskite π-π stacking Layer 1 Layer 2 Side chain Main chain Perovskite π-π stacking stack 2 stack 1 “边朝上” “面朝上” Luozheng Zhang, Baomin Xu* et al, Advanced Materials, 2018, 1804028 24 新型空穴传输层材料能级合适 100 200 300 400 500 600 50 60 70 80 90 100 O We ig h t T empe r at u r e C 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 1E-5 1E-4 1E-3 0.0 1 0.1 1 10 100 Ex perimental Fitting Cu r r e n t de n s it y mA /cm 2 V ol t age V 空穴迁移率合适1.010-4 cm2 V-1 s-1 T i O 2 P3 Au - 5 . 2 eV - 2 . 9 1 eV - 3 . 9 3 eV - 4 . 0 eV - 4 . 4 eV F T O - 5. 05 eV - 5 . 4 8 eV - 7 . 2 eV Pero v s kit e 热稳定性好 “边朝上”取向 25 新型空穴传输层材料 Device VOC[V] JSC[mA cm-2] FF[] PCE[] DTB 1.10 25.32 69.85 19.68 Spiro- OMeTAD 1.14 22.75 75.79 19.81 认证效率 19.5 基于无掺杂 HTM 介孔结构钙钛矿电池的最高效率 Cs0.05FA0.81MA0.14PbI2.55Br0.45 26 效率进一步提升 VOC [V] JSC [mA cm-2] FF [] PCE [] Forward 1.15 24.33 74.89 21.0 Reverse 1.15 24.31 78.58 22.0 最高效率 22.0 认证效率 21.7） 27 结语钙钛矿太阳能电池在过去 10年间无论在效率提升和稳定性提高方面都取得了重大进步，产业化可期；开发出以简单、可量产、低成本和环境友好 /绿色的工艺技术来制备高效率高稳定的大面积钙钛矿太阳能电池，是其实现产业化的关键；我们团队致力于这一方面的研究，并取得了一定的成果。 28 致谢感谢深圳市孔雀团队项目的支持感谢国家“十三五”重点研发计划项目的支持感谢课题组全体老师和同学的努力感谢您的聆听