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光伏发电系统具有显著的能源、环保与经济效益,能显著降低碳排放,未来将成为世界能源供应的主体。随着社会 对能源绿色化意识的逐渐提高和化工合成技术的进步,高光电转换效率太阳能电池的研究和开发已成为当下研究热点。 其中,钙钛矿(ABX3 )材料由于其光电转换效率高、成本低以及光学可调性强等优点而成为新一代太阳能电池最有前途的 材料之一。重点介绍钙钛矿太阳能电池发电原理与发展现状,并从不同化学成分角度分析比较了不同类型太阳能电池 的技术优势和发展前景,包括有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池、无机钙钛矿太阳能电池、纳米尺度无机钙钛矿材料及其 他类型太阳能电池材料,为下一步钙钛矿高转换效率光伏材料合成技术发展路线提供了参考。
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近年来,钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 由于具备能量转换效率高、成本低、可溶液法制备 等优点,受到了科研工作者和产业界的广泛关注。PSCs 虽然发展迅速,但钙钛矿薄膜中的缺 陷仍是制约电池能量转换效率 (PCE) 提高的重要因素。有机-无机杂化钙钛矿材料是目前应 用于 PSCs 中最常见的光吸收层材料,其合适的带隙结构为 PSCs 提供了高的电流密度。然而 作为多晶薄膜,其制备过程中会不可避免产生大量晶界缺陷,这些缺陷会成为钙钛矿层中载 流子非辐射复合中心,不利于器件的光伏性能。本文通过添加剂工程在钙钛矿晶界处引入有 机聚合物 502 粘合剂、无机物硫化钾 (K2S)、溴化铜 (CuBr2) 等,分别对晶界处常见的水氧 缺陷、Pb0 缺陷和 I 空位缺陷等进行了修饰钝化,提高了电池的光伏性能和稳定性。具体工作 主要内容如下:
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反式钙钛矿太阳电池(IPVSCs)具有制备工艺简单、可低温成膜、易于实现柔性化, 适合与传统硅太阳电池结合制备叠层器件等优势,应用潜力巨大,受到了国内外科研工 作者的广泛关注。目前,单结 IPVSCs 光电转换效率(PCE)已达到 25%以上,展现出 巨大的商业化前景。为了提高 IPVSCs 器件的性能,研究人员在钙钛矿材料的组分优化、 添加剂选择以及表面钝化等方面做了大量工作。与此同时,IPVSCs 的界面研究对提升 器件的 PCE 和稳定性也是至关重要的,特别是电极界面的修饰。因为阴极界面层(CIL) 能够起到改善阴极界面能级排列,增强电子提取,减少非辐射复合损失,甚至保护钙钛 矿层等作用,所以 CIL 的研究对提升 IPVSCs 的 PCE 和器件稳定性是十分必要的。
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钙钛矿太阳能电池出色的光电转换效率和众多的优点使其成为目前的研究热点,而二维钙钛矿作为一类新型材料, 具有独特的结构和性质,有望进一步改善钙钛矿太阳能电池的性能。综述了钙钛矿太阳能电池及二维钙钛矿材料的结构 特征和性能特点,归纳了二维钙钛矿材料对太阳能电池光电性能和器件稳定性的影响,总结了新型二维/三维复合钙钛矿 太阳能电池的特点,分析了二维钙钛矿太阳能电池研究领域存在的问题并展望了未来的研究趋势。二维钙钛矿材料对实 现高效、稳定的钙钛矿光伏器件具有重要意义。
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光伏在全球能源转型中的作用无论如何强调都不为过。在大多数市场中,光伏将成为可再生能源装机容量的主要组成部分, 有时还将占据当地发电总装机的最大份额。截至2023年,全球光伏市场累计装机容量约为1.5TWdc,预计未来十年还将增 加3TWdc的装机容量,光伏已从一种新兴的可再生能源技术发展成为助力全球实现脱碳目标的重要支撑
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