NML综述 | 光伏混合卤化物钙钛矿的合成与性能研究进展

Recent Advances in Synthesis and Properties of Hybrid Halide Perovskites for Photovoltaics

C. C. Vidyasagar, Blanca M. Muñoz Flores,Víctor M. Jiménez Pérez

Nano-Micro Lett. (2018) 10:68

https://doi.org/10.1007/s40820-018-0221-5

本文亮点

1  第四代钙钛矿材料效率已达到21%,同时拥有低成本绿色合成路线

2  材料毒性是钙钛矿材料的一个严重问题,因此要推行无铅、高效、相对湿度稳定及环境友好的合成路线。

3  高迁移率电荷载流子、低激子结合能、低复合率和高电荷传输效率,是钙钛矿研究领域面临的挑战。

内容简介

在过去的二十年中,科研团队在新兴光伏技术领域的进步已非常显著,开发出了多种制备有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的方法。其中,一步真空沉积技术可以使功率转换效率达到14%。但是,材料毒性问题始终困扰着研究者们。

墨西哥Universidad Autónoma de Nuevo León的C. C. Vidyasagar课题组通过本文集中综述了能在一定程度上解决材料毒性问题的方法,包括生态友好合成法。优化之后,期望能够进一步提高效率,并且报道了对内部电子电荷转移、电子空穴扩散到相应层、柔性以及稳定带隙更好的理解。

最后,深入探讨了有机-无机钙钛矿的绿色合成方法。针对上述事实,提出了一种简单的低成本模型,称为“分散光伏电池”。

图文导读

1  超声辅助合成钙钛矿

近年来,有文献报道了在无催化剂条件下,在异丙醇中溶解的CH3NH3I和PbI2可以通过超声波辅助法合成10~40 nm尺寸的分散钙钛矿,并通过XRD, PL等方法进行表征。

许多传统方法制备复杂固态材料的报道在晶体生长、成核过程和晶体结构方面缺乏详细的机理解释,这种原子级晶体材料的生长研究很有可能为机理研究提供新的视野。

2  微波辅助合成钙钛矿

将PbI2-CH3NH3I混合物加入到DMF、DMSO和乙醚等不同溶剂中。在图(f)中,可以看出添加到乙醚的加合物在微波辐射下没有变成黑色。

这意味着乙醚不能吸收辐射并加速合成钙钛矿前驱体,但加入DMF或DMSO的加合物变黑。DMF或DMSO可以在蒸发过程中吸收能量并将其转化为热,从而加速前体在原子水平上的反应和结晶。

因此,在适当的溶剂和微波辐射处理下,钙钛矿材料可以快速结晶,能耗和时间消耗较小。

3  水溶性钙钛矿太阳能电池的低成本模型

作者在文末大胆预测了未来水溶性廉价钙钛矿电池器件的模型,称之为“分散光伏电池”。

通过凹面镜对光进行集中再分散到大面积钙钛矿薄层上,原理类似太阳能热水管道,但是正负极可以通过沉积方法装配到管道壁。考虑到湿度稳定性,未来可以开发水溶性的钙钛矿材料来彻底解决这一问题。

 

作者简介

主要研究方向:

① 纳米材料;② 聚合反应;③ 有机金属化合物。

个人主页:

https://www.researchgate.net/profile/Victor_Jimenez-perez

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