基于低压闪蒸诱导晶化钙钛矿薄膜光伏电池的工艺及性能研究-黄璐-solarbe文库

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2018年中国太阳级硅及光伏发电研讨会报告人黄璐上海大学光电子材料与器件研究中心基于低压闪蒸诱导晶化钙钛矿薄膜光伏电池的工艺及性能研究汇报提纲研究工作的技术背景1 研究工作的代表性成果3 研究意义及研究工作的思路2 全球薄膜太阳电池的效率进展 2018 22.6 22.7 25.3 HBC Si solar cell 薄膜太阳电池种类优势（相对于硅而言）最高效率缺点与挑战 CIGS（铜铟镓硒）高效率、低成本、长寿命、透明、无毒害 22.6 CZTS（ 12.6）铟价节节高升 CdTe（碲化镉）相对高效率、低成本 15（ BIPV）镉有毒、需可控回收、不满足消费产品标准、印刷困难 DSSC（染料敏化电池）偏光有效、轻便、透明、入射光角度宽、颜色各异、无毒害 15（ Flexible）液体电解质溶液、贵金属钌价攀升 OPV（有机电池）低成本、材料种类多、光电性能可调、可实现全溶液制备法 14（实验室）成本高、效率低、稳定性差、光谱吸收范围窄 Perovskite（钙钛矿）初始效率高、具备溶液和真空制备法、具备大面积制备的潜力 22.7（已验证）有机空穴传输层贵（ CuSCN）、空气中效率衰减快全球薄膜太阳电池的技术进展钙钛矿太阳能电池的优点和存在关键问题优点（ 1）高效（ 2）廉价材料廉价和制备设备便宜（ 3）制备工艺简单关键问题（ 1） I-V曲线中非电容性“电滞 ” 现象（ 2）稳定性差需要新的思路 Scan rate 5-300 mV/s 汇报提纲研究工作的技术背景1 研究工作的代表性成果3 研究意义及研究工作的思路2 Science， 2016， 3536294 58 研究工作思路（创新）两步法（真空闪蒸退火）调控钙钛矿材料晶粒尺寸一步法低压闪蒸诱导晶化调控钙钛矿晶粒尺寸改进 Au HTM MAPbX3 SrTiO3 TiO2 FTO glass 主要研究内容（ 1）高稳定的钙钛矿吸收层材料的掺杂、复合制备技术研究；（ 2）减小、消除 I-V曲线中非电容性“电滞” 现象的关键技术研究；（ 3）可重复性钙钛矿吸收层材料提高钙钛矿太阳能电池稳定性的技术研究。总目标研制的高性能的钙钛矿太阳能电池的电池效率超过 18；通过采用以上材料及关键制备技术的钙钛矿太阳能电池具有较高的长期稳定性，能够为其商业化应用探索道路。主要研究内容钙钛矿太阳电池与晶硅太阳电池性能对比 c-Si 太阳能电池 400 600 800 1000 0 20 40 60 80 100 Wavelenght nm 钙钛矿太阳能电池 IPC E Cu rren t d en sity mA /cm 2 Voltage V Po we r mW /cm 2 1 sun 0.86 sun 0.7 sun 0.6 sun 0.5 sun 0.4 sun 钙钛矿太阳电池常规工艺与低压闪蒸法对比低压闪蒸工艺对钙钛矿层晶粒形貌的表征常规两步法工艺低压闪蒸法工艺低压闪蒸工艺对钙钛矿层吸收光谱的表征低压闪蒸工艺对钙钛矿电池效率的测试（ 1）热铸造 -低压闪蒸技术合成方法（ 2）高电子迁移率的铁电材料作（ 3）制备工艺设备和技术开发研究工作的特色和创新点生长大晶粒分离传输光生电子抗水和 UV侵蚀减小、消除非电容性 “电滞” 现象提高稳定性热铸造 -低压闪蒸技术合成技术 ➢界面调控工程合成条件对 TiO2/SrTiO3异质结构的调控规律以及对 TiO2/SrTiO3间应力影响规律，从而控制铁电自发极化对光生电子传输； ➢如何精确控制热铸造 -低压闪蒸合成技术，从而实现 MAPbI3-xClx晶体生长可控，最终揭示 MAPbI3-xClx光吸收层的界面性能影响规律，极化电场对光生电子的注入、收集、传输的影响规律，以及对非电容性“电滞”现象的减少和消除机理； ➢器件能级匹配的选择，与 FTO/ TiO2/SrTiO3/MAPbI3-xClx/HTM/Au太阳能电池兼容性工艺及能级匹配性研究。研究工作的关键技术（ 1）在环境湿度和温度下， 1000h后电池效率保持 90以上（ 2）电池光电转换效率 18以上（ 3）短路电流密度 25 mA/cm2以上（ 4）开路电压 1000 mV以上研究工作期望获得的技术指标汇报提纲研究工作的技术背景1 研究工作的代表性成果3 研究意义及研究工作的思路2 代表性成果一 SrTiO3异质结界面调控本团队已发表的科研成果和相关论文 Advanced Materials, 2017, 29 1701432 RSC Advances, 2015, 5 52041-52047 Advanced Materials, 2017, 29 1605448 J. Mater. Chem. A, 2016, 4 6185 国内外研究机构同行评价清华大学化学系石高全教授评价本研究成果 SrTiO3为钙钛矿太阳电池电子传输层提供很好的支架作用，光电转换效率显著提高。美国阿贡国家实验室科学家 Seth评价本研究成果 SrTiO3能带匹配器件，高电介质减少电荷复合，显著提高钙钛矿太阳电池电流，并引用本论文 TEM图 ESI高被引论文钙钛矿电子分离界面层晶格匹配奠定基础 TiO2/SrTiO3异质结作为阳极界面层可改善钙钛矿光伏器件、光催化分解水器件的电子输运能力。代表性成果二 TiO2纳米阳极形貌调控本团队已发表的科研成果和相关论文 J. Alloys Compd., 2016, 679 32 J. Mater. Chem. A, 2014, 2 16030 ESI高被引论文国内外研究机构同行评价 J. Mater. Chem. A, 2015, 3 15248 韩国同行高度评价 TiO2纳米线研究工作，验证其他氧化物也可以通过表面晶向驱动颗粒自组装。印度同行评价枝状 TiO2纳米线作为染料敏化电池光阳极研究工作，显著提高太阳电池转换效率。 Renew. Sust. Energ. Rev., 2016, 60 356 阳极与金属功函数器件能带匹配奠定基础 010 晶面 TiO2光阳极形貌调控应用于染料敏化和钙钛矿太阳电池，可以改善短路电流提高转换效率。代表性成果三诱导晶化非晶硅薄膜 Applied Surface Science, 2010, 256 3453 本团队已发表的科研成果和相关论文 Surf. Coat. Tech., 2017, 320 82 国内外研究机构同行评价 ACS. Appl. Mater. Inter., 2012, 4 2680 Acta. Phys. Pol. A, 2011, 120 30 ESI高被引论文美国同行高度评价诱导晶化研究工作将分子成核组成薄膜控制在纳米级别粗糙度。德国同行评价研究测试发现硅晶格应力导致拉曼光谱变化规律，有助于调控晶化。低压闪蒸诱导晶化工艺调控晶粒尺寸借鉴研究诱导晶化非晶硅薄膜工艺条件，探索对多晶硅晶粒生长的量子调控规律和成核机理。联系方式邮箱 lhuangi.shu.edu.cn 电话 021-66138066 手机 13761622413 感谢各位专家的评审意见和建议