《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。

相关报告
  • 《规模制备石墨烯技术取得新进展》

    • 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:姜山
    • 发布时间:2017-12-05
    • 12月3日,记者从石墨烯规模制备新技术媒体发布会上获悉,针对石墨稀规模制备技术现有不足,北京化工大学教授、博士生导师毋伟带领研究团队成功研发出高效、低成本、高品质石墨烯规模化生产新技术,并于日前与北京中元龙港矿业科技有限公司合作建立中试生产线,实现技术转化。 据介绍,该技术在物理液相剥离法的基础上创新手段,经中试验证,可高效率、低成本、无污染地生产高纯度石墨烯。经检测,利用该技术生产的石墨烯产品质量优质,平均层数7层以下,片的尺寸大于3微米。 石墨烯作为一种新材料,是构成石墨、碳纳米管、富勒烯等碳材料的基本结构单元,具有强度最高、韧性最高、透光率最高、重量最轻、电子迁移率最快、导电性最佳的优异特性,借助“石墨烯+”的平台支撑,可以为一大批传统材料的性能提升与应用拓展提供有力支撑,同时衍生出一系列性能优异的新一代功能元器件,在锂离子电池、太阳能电池、超级电容器、传感器、生物医药、复合材料、环保、柔性显示、半导体行业等领域均有良好的应用前景。 毋伟表示,实现石墨稀的高性能低成本且稳定性高规模化制备是其应用的前提和保障,更是当前学界关注和研究的焦点。现有的石墨烯制备方法很多,如气相合成法、氧化还原法及液相剥离法等。其中液相剥离法被认为是高性能石墨烯规模化制备的重要方法之一,但目前制备效率和产率仍较低,因此,石墨稀的高效率低成本规模化制备技术成为产业重要需求。 针对这一问题,毋伟带领研究团队在以液相剥离法制备石墨烯的基础上,创新性地提出用石墨衍生物作为分散剂,采用高速水相剪切法来解决该过程效率低及规模制备难以放大等问题,建成了年产一吨的中试生产线,所得产品理化性能良好。经生产线验证,该工艺有以下几个特点:绿色环保,以水为溶剂,在常压下进行,不加表面活性剂等有机成分,对环境无害;成本较低,每公斤石墨烯成本在500元以内;产品质量好,由于产品主要是剥离法制得,缺陷少,层数低,多在七层以内,片的大小在3~5微米之间,未加入表面活性剂对产品无污染,纯度高,产品的导电率接近50000S/m,达到国际领先水平;所用重要设备都来自市场定型设备,所使用的添加剂也可从市场购买,原料来源广,可膨或高纯鳞片石墨及人工石墨均可,具有很好的产业化前景。 据成果转化合作方、北京中元龙港矿业科技有限公司董事长龙珍介绍,公司专注于天然鳞片石墨产品的全过程开发。今年1月,公司与北京化工大学签署合作协议,致力于使用物理法制备石墨烯的深层研发。6月,双方共同成立“北京化工大学—北京中元龙港矿业科技有限公司研发中心”,致力于石墨烯下游产品研发生产。 记者了解到,目前,北京中元龙港矿业科技有限公司已经建成年产1吨的中试生产线,计划从今年6月开始在内蒙古兴和县建设规模化生产基地。 毋伟表示,尽管学界对于石墨烯的研究日益深入,但石墨烯行业仍处于初级阶段。随着制备方法取得重大进展,石墨烯材料的大规模生产已经实现,通过石墨化学或物理加工,石墨烯粉末或悬浮液年产量可达数十万吨,但完整的石墨烯材料产业链仍非常重要,石墨烯大量应用及性能的充分挖掘有待突破。在成果转化后,基础研究与应用研究之间通常会有一个良性循环,石墨烯和相关材料的产业发展将进一步助推石墨稀基础研究的迅速进步。
  • 《过氧化物制造太阳能电池的新方法为低成本大规模生产铺平了道路》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-03-30
    • 美国洛斯阿拉莫斯国家实验室2021年3月18日在Joule杂志上发文称,一种使用硫醇添加剂的新浸渍工艺可以制造出高性能的过氧化物太阳能电池。该方法成本低廉,非常适合扩大到商业生产。 相关研究人员表示,一种新的、更简单的制造稳定的过氧化物太阳能电池的解决方案,克服了这一前景广阔的可再生能源技术大规模生产和商业化的关键瓶颈,而这一技术在过去十多年里一直遥不可及,现在研究人员的工作为在不久的将来低成本、高通量的大规模太阳能组件商业化生产铺平了道路。 研究人员能够通过两个微型模块来证明这种方法,它们达到了将太阳光转化为电能的冠军水平,并大大延长了工作寿命。由于这种工艺简单且成本低,我们相信它很容易适应工业环境中的可扩展制造。几十年来,过氧化物光伏被视为市场上熟悉的硅基光伏一个可行的竞争者,在过去十年中一直是一项备受期待的新兴技术。由于缺乏解决该领域宏大挑战的方案,商业化一直受阻,将高效率的过氧化硅太阳能电池模块的生产从工作台扩大到工厂车间。 该团队与国立台湾大学(NTU)的研究人员合作,发明了一种一步旋涂法,通过在过氧化物前体中引入磺烷作为添加剂,或通过化学反应生成过氧化物晶体的液体材料。与其他制造方法一样,然后将该晶体沉积在基底上。 新工艺使该团队能够生产出高产、大面积的光伏器件,高效地从太阳光中创造电力。这些过氧化物太阳能电池的工作寿命也很长。通过简单的浸渍方法,该团队能够在两个迷你模块中沉积出覆盖大面积有效面积的均匀、高质量的过氧化物晶体薄膜,其中一个约16平方厘米,另一个近37平方厘米。在整个光伏组件的面积上制造均匀的薄膜对器件性能至关重要。 研究人员拿出迷你模块的功率转换效率分别达到17.58%和16.06%,是目前报道的最高水平。功率转换效率是衡量太阳光转化为电能的效率。对于其他过氧化物制造方法来说,工业化规模制造的主要障碍之一是其狭窄的加工窗口,即薄膜可以在基底上铺设的时间。为了得到均匀的结晶薄膜,并与下面的层很好地结合,沉积过程必须严格控制在几秒钟内。 在过氧化物前驱体中使用磺烷可将处理窗口从9秒延长到90秒,在大面积上形成高结晶、紧凑的层,同时对处理条件的依赖性较小。磺烷法可以很容易地适应现有的工业制造技术,这有助于为商业化铺平道路。 过氧化物是任何具有与矿物过氧化物相似的特殊晶体结构材料。过氧化物可以被设计和制造成极薄的薄膜,这使得它们在太阳能光伏电池中非常有用。