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《胶体量子点太阳能电池：沉积技术与大规模制备的未来前景》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2022-01-24

  • 南开大学材料科学与工程学院李国然教授和赵乾博士，联合CSIR-印度化学技术研究所（IICT）Abhijit Hazarika研究员，牛津大学物理系Ashley Marshall博士，南开大学电子信息与光学工程学院张建军教授和倪牮副研究员，苏州大学袁建宇教授以及美国可再生能源国家实验室Joseph Luther研究员等人撰写了综述文章，从理论和实际应用的角度，详细论述了不同沉积技术在量子点太阳能电池规模化制备中的进展和实现工业化生产的可能性，并对目前钙钛矿量子点发展的重要难点和挑战进行了深入的分析和阐述，提出钙钛矿量子点中不仅铅元素可对人体带来众多危害，其非铅体系中新引入的元素如锡元素可通过酸化同样对环境造成污染；同时，指出钙钛矿量子点配体交换过程的高敏感性是发展大规模沉积技术的主要难点；并且，进一步强调对于目前钙钛矿量子点的发展阶段而言，提高光电转换效率和改善稳定性是降低其器件制造成本的最佳途径；最后，针对钙钛矿量子点材料及器件，提出了三个重点研究方向：1.增加钙钛矿量子点吸光层厚度，2.拓展量子点形式下钙钛矿材料的特性应用，3.以钙钛矿量子点为媒介或钝化层等功能性材料以实现其他光电材料器件中瓶颈的突破。

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相关报告

  • 《Adv. Mater.：开发高于10%效率的硒化铅胶体量子点太阳能电池》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-07-08
    • 【研究背景】 胶体量子点（CQDs）是一种特殊的纳米材料被广泛探索发光二极管（LED）、光检测器和光伏（PV）器件。最近，PbSe CQD作为光伏器件的潜在吸收材料出现，对应的硒化铅CQD太阳能电池具有超过在单结器件的Shockley–Queisser极限效率（31％）的潜力。然而，尽管具有如此吸引人的特性，但是所获得的PbSe CQD太阳能电池的PCE仍然较低，这主要是由于低的空气稳定性和薄膜制造过程中缺陷的产生。PbSe中的这些陷阱/缺陷状态导致复合损失并阻碍电荷传输，这最终限制了器件的开路电压（VOC）和填充因子（FF）。 【成果简介】 近日，华中科技大学何俊刚、陈超和武汉工程大学刘治田团队通过原位Cl-和Cd2+离子钝化合成了高质量的PbSe CQD。然后，进行溶液相配体交换方法，最后一步旋涂法成膜。X射线光电子能谱（XPS）、红外光响应和超快瞬态吸收（TA）表征表明所获得的PbSe CQD膜具有较少的陷阱态。采用PbSe CQD制造的最佳PV器件效率可达10.68％，比先前的效率记录（9.2％）高16％。此外，该设备显示40天的显著存储和8小时的照明稳定性。这种新颖的策略可以提供在低成本和高性能红外光电器件中使用PbSe CQD的替代途径。该成果近日以题为“Lead Selenide (PbSe) Colloidal Quantum Dot Solar Cells with >10% Efficiency”发表在知名期刊Adv. Mater.上。
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  • 《半透明太阳能电池——未来窗户的福音？》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-02-26
    • 数百年来，窗户无处不在，在我们的日常生活中发挥着不可或缺的作用，为我们的家园和工作场所提供自然光。但想象一下，如果我们的窗户能够发电，能够给你的手机充电，能够帮你烧热水，这会给我们的生活带来多少便利。 据不完全统计，仅在美国就有 50至70亿平方米的玻璃窗户，太阳能窗户将会为太阳能利用提供一个很好的方式。我们的研究也从这个方面出发，让电池板通过足够的光线，使太阳能的利用率更高，向绿色可循环能源的供电生活更进一步。 现在的一小片半透明电池，有可能在不远的将来发展成一块块窗户。（图片由 Matthew Wright 提供） 就目前来看，可再生能源的经济性越来越高。在澳大利亚和世界其他地区， 硅太阳能电池已经在屋顶市场占据主导地位。屋顶太阳能发电提供了一种越来越便宜和高效的发电方式。虽然这些屋顶很好，但这些硅模板不透明而且体积庞大。所以我们要发散思维，设计适合窗户的太阳能电池。 当我们将太阳能电池板放在屋顶上时，我们希望它吸收尽可能多的阳光，以便它可以产生最大的功率。但对于一个窗户而言，在吸收光线变成电力和透射光线之前不可避免地会存在折损。 所以我们要关注 太阳能电池板的关键参数 —— 平均可见光透射率（ AVT ）。 其代表着透过光通量与投射到窗户表面的光通量的百分比，这与红外线或紫外线等正好相反。 当然，我们既不希望太阳能窗户吸收太多的阳光，也不希望它透过太多的阳光，因此科学家们一直试图在高电效率和高AVT之间找到一个合适的点。 电压的问题 研究表明， 25 ％的 AVT 通常被认为是太阳能窗户的门槛值。但是让四分之一的光线穿过太阳能电池会使电池很难产生大量的电流，这就是为什么半透明电池的效率迄今为止很低的原因。 但请注意， 电力的大小取决于两个因素：电流和电压 。我们的研究专注于提高电压，所以我们选择新的有机吸收材料，这些材料可在非透明电池中产生高电压。 当将这些有机材料放置在半透明太阳能电池中时，即使有大量的透射光通过窗户，电池的电压仍然能保持在较高的水平。这样虽然与不透明太阳能电池相比会使电流降低，但相对于先前的半透明电池，较高的电压会使太阳能电池具有更高的效率。 但随着这些问题被解决，新的问题又来了：用这些半透明电池板制备的窗户是什么样的呢? 透过太阳能窗户，你能看到什么？ 如果你的朋友穿着红色衬衫，当你通过一个普通的窗户看到他们时，他们的衬衫毫无疑问应该是红色。 但是因为半透明的太阳能电池吸收了我们在可见光谱中看到的一些光线，所以我们需要更仔细地考虑这种显色性能。我们可以通过计算所谓的显色指数来测量半透明太阳能电池板如何准确地呈现图像。我们的研究表明，改变吸收层的厚度不仅会影响电池产生的电能，还会改变其准确描绘颜色的能力。 为了解决这一问题，研究人员找到了一种不同的前瞻性方法，这种方法可以产生很好的显色指数。研究人员将有机吸收材料替换成吸收可见光范围外太阳能的材料。这意味着半透明太阳能电池板将以正常的玻璃形式出现在人眼中，因为太阳能转换发生在红外范围内。 然而，这样做会严重限制电池的效率及太阳能转化为电力的能量。 对未来的展望 到目前为止，我们只是在一个小的原型规模上创建了我们的太阳能电池单元。在我们制造大型、高效率的太阳能窗之前，仍然存在几个障碍。具体来说，用于从这些电池收集电荷的透明电极是脆性的并且含有稀有元素，例如铟。 如果研究人员能够解决这些问题，大规模部署太阳能窗户将会成为可能，可再生能源的利用也能得到长足发展。所以虽然目前为止太阳能窗户还没有问世，但我们已经接近它们。
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