什么是钙钛矿电池?

锂电联盟会长 2023-12-03 13:05
点击左上角“锂电联盟会长”,即可关注!

内容来源:  索比光伏网

钙钛矿电池结构示意图

什么是钙钛矿电池?

钙钛矿的命名取自俄罗斯矿物学家Perovski的名字,结构为ABX3以及与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。钙钛矿型太阳能电池,即perovskite solar cells,是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池,属于第三代太阳能电池。
钙钛矿电池结构简单,以反型平面钙钛矿电池为例,自下往上依次为:玻璃、透明电极(FTO或ITO)、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极。
目前,钙钛矿太阳能电池世界最高光电转换效率记录已达到25.2%,钙钛矿与晶硅叠层电池的效率已经达到了29.15%。
2009年,日本科学家Tsutomu Miyasaka率先将钙钛矿材料用于染料敏化太阳能电池作为吸光材料,获得了3.8%的光电转化效率。自此之后,钙钛矿电池成为国内外顶尖高校实验室研究的目标。
2013年12月20日,钙钛矿太阳能电池入选美国《科学》2013年十大科学突破。
钙钛矿太阳能电池器件结构:
目前,钙钛矿太阳能电池大致可以分为正置(n-i-p)结构 和倒置(p-i-n)结构两大类。
正置结构钙钛矿太阳能电池 PSCs 源于 DSSCs,而 DSSCs 的结构是电极/ 金属氧化物 半导体/ 染料/ 电解质/ 对电极,与此类似的常规 PSCs 结构就是正置结构。
正置结构器件又可以分成两种:
首先是 nip 介 孔 PSCs,如下图 a 所示,一般的结构形式为透明电极(FTO 或ITO 导电玻璃) / 致密层/ 介孔支架层(TiO2 、ZnO 等金属氧化 物)/ 钙钛矿层/空穴传输层( Spiro-MeOTAD、PTAA 或聚噻吩 等) / 金属对电极(Ag、Au 或石墨烯等) 。其中最典型的结构为FTO/ c-TiO2 / m-TiO2 / 钙钛矿材料/ Spiro - MeOTAD/ Au。
第二种是 nip 平面异质结 PSCs,如下图 b 所示,这类电池不使用介孔支架层,直接在致密层上制备钙钛矿层,一般的结构形式为透明电极/ 致密层/ 钙钛矿层/ 空穴传输层/ 金属对电极。这类电池光生载流子(电子和空穴)的激发、分离以及传 输都有钙钛矿层的参与。
倒置结构钙钛矿太阳能电池 pin 型 PSCs 是在 nip 型 PSCs 的基础上衍生出来的结构相反的电池,它先在透明电极上沉积空穴传输层,然后制备 钙钛矿光吸收层,电子传输层制备在钙钛矿层和金属对电极之间。这种结构避免了介孔支架层的高温烧结过程,更适用于柔性电池器件的制备,典型的结构为 ITO/ PEDOT ∶ PSS / MAPbI3 / PCBM/ Al。

钙钛矿太阳能电池工作原理:
原始的“钙钛矿” 是一种钙钛氧化物矿物,其分子式为 CaTiO3 ,最早由一位俄罗斯矿物学家于 1839 年发现。PSCs 中的重要成分是分子构型为立方体或八面体结构的有机金 属卤化物钙钛矿材料,其结构如上图 c 所示,简记为 ABX3 (A 表示 Cs+ 、CH3NH+3 或 CH(NH2 ) +2 ;B 表示 Sn2+ 或 Pb2+ ;X 表示 Cl- 、Br-或 I- ),可在低温条件下通过溶液成膜、气相沉积和固相形成等方法制备而成。
值得注意的是,钙钛矿结构在温度或者湿度较高的环境下其晶格易被破坏,从而导致材料分解。因此,提高钙钛矿材料的稳定性是优化器件性能的首要任务。
PSCs 的工作原理大致如下:太阳光入射至器件的钙钛矿吸光层(以 CH3NH3PbI3 最为常用),当入射光子的能量大于材料的禁带宽度时,吸光层吸收光子后受激发而产生激子。由于所用吸光材料的价带边低于空穴传输材料的价带边(或 HOMO 能级),而其导带边高于电子传输材料的导带边(或 LUMO 能级),使得激子在空穴传输层/ 钙钛矿吸光层/ 电子 传输层两界面上产生分离,将空穴、电子分别注入到空穴传 输层和电子传输层中,并分别经对电极和导电基底收集,最终经外电路形成电流并完成工作循环。
全固态介观 PSCs 的典型结构及功能层形貌


相关阅读:
锂离子电池制备材料/压力测试
锂电池自放电测量方法:静态与动态测量法
软包电池关键工艺问题!
一文搞懂锂离子电池K值!
工艺,研发,机理和专利!软包电池方向重磅汇总资料分享!
揭秘宁德时代CATL超级工厂!
搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看!
锂离子电池生产中各种问题汇编
锂电池循环寿命研究汇总(附60份精品资料免费下载)

锂电联盟会长 研发材料,应用科技
评论 (0)
  • 随着科技的不断发展,各种高频/高速的电子产品亦不断推陈出新,而高频传输线的延迟问题,便已成为现代通信和电子领域中极为重要的挑战。当高频率数据的传输需求不断增长,延迟首当其冲是个显著的障碍,直接影响通信速度、数据的准确性和整体性能,这些延迟所带来的深远影响这意味着在未来,若要使设备在通信和数据传输中实现优异表现,必须将延迟问题彻底解决,而这将是一个相当艰巨的课题。信号延迟示意图及可能产生的问题传输延迟导致的潜在风险传输延迟可能带来一系列的潜在风险,从个人生活到商业和社会体系的运作都可能受到影响,当
    百佳泰测试实验室 2024-02-29 14:44 95浏览
  • 前不久,一个朋友聊天中提及家里的猫毛和灰尘太多,双11入手了一台松下扫地机器人,没选我所推荐的戴森、科沃斯、石头和小米。扫地机器人真的好用么?有哪些芯片方案?从行业数据来看,扫地机器人渗透率在美国约为15%,在日本和欧洲约为10%左右,而在我国沿海地区渗透率仅为4%-5%,内陆仅为0.5%。尽管渗透率低,但2020年中国扫地机器人销量达600万台,销售额94.1亿元。由此可见,扫地机器人的市场前景是非常广阔的。《2021年扫地机器人市场发展白皮书》显示,2021年上半年,国内扫地机器人的零售量为
    拍明芯城 2024-02-29 10:51 78浏览
  • 近日,OpenAI发布的基于Transformer架构的文生视频Sora,可谓是在AI圈掀起新的热潮。该模型具有强大的视频生成能力,可产生高达一分钟的高清视频,并且用户可以自由指定视频时间长度、分辨率和宽高比。据OpenAI的观点,Sora的诞生可能预示着物理世界通用模拟器的重大突破。360集团创始人兼董事长周鸿祎在2024年亚布力中国企业家论坛第二十四届年会上分享了其对Sora模型的观察。“Sora的推出预示AI视频生成能力的突破,不仅推动了AI的发展,而且为企业的未来指明新的发展方向。通用人
    高性能服务器 2024-02-29 11:54 72浏览
  • 电池监测和矿石能耗监测在实现上的异同点主要表现在以下几个方面:相同点:数据采集:两者都需要对目标对象(电池或矿石能耗设备)进行数据采集,包括电压、电流、温度、功率等关键参数。数据处理与分析:采集到的数据需要经过处理和分析,以提取有用的信息,如电池的健康状态、剩余电量或矿石能耗设备的能效、运行状态等。预警与控制功能:两者都可以设定一定的阈值,当监测到的数据超过或低于这些阈值时,系统会发出预警,并采取相应的控制措施,以防止设备损坏或能耗过高。不同点:监测对象:电池监测主要针对的是电池组或单个电池的性
    丙丁先生 2024-02-29 12:08 74浏览
  • 2024年初被“尔滨”和各地文旅刷屏大家是不是也坐不住了?祖国山河广袤辽阔却也气候多变从炎热沙漠到寒冷极地从湿润雨林到干燥草原看欧司朗车灯如何征服前路01驰骋雪域冰封极寒,如何“手拿把掐”?欧司朗车灯给出“稳定答案”“极寒酷暑”严峻考验恶劣环境稳定发挥零下40℃低温运行毫无压力让“冰雪嬉戏”变得“触手可及”尽情享受冰雪的魅力02恣意山河山河壮阔,怎能被黑暗淹没?欧司朗车灯划破夜的寂寥实验室震动测试挑战轻松通过耐用值UP UP!再颠簸路况亦能探索自由与浪漫天地山河尽情释放激情03点亮时间探寻古迹遗
    艾迈斯欧司朗 2024-02-29 17:20 78浏览
  • 爱车知多少?你是不是也有过这样的经历:晚上驾车,对面来车的“远光灯”让你瞬间“失明”?急转弯时,车灯突然不亮了,吓出一身冷汗!车灯,看似车上很小的一部分,但却是一辆车的“眼睛”,对于行车安全至关重要。对于爱车的“双眼”你了解多少呢?车灯是否需要更换,如何判断车灯状况,如何挑选合适的车灯……今天,就让我们一起探索这双大眼睛的秘密!一关注车灯,守护行车安车灯,作为车辆的“双眼”,不仅担负着照亮前行道路的职责,还承载着与周围其他车辆和行人进行信息交流的重要功能。如果在夜间驾驶时,车灯亮度过暗或突然发生
    艾迈斯欧司朗 2024-02-29 17:00 74浏览
  • 「啪」!一碰就「来电」?说起静电,想必大家并不陌生,静电是我们日常生活中常见的一种现象,通常是由于物体之间的摩擦而产生的。例如,当我们脱下带有合成纤维的衣物时,布料与皮肤之间的摩擦可能会导致电荷的累积。同样地,当走在干燥的地毯上时,鞋底与地面的摩擦也可能引起静电的产生。须特别注意的是,当身体带有静电电荷时,一旦触摸电子产品即有可能会导致电荷的传递,进而可能对设备造成损害。电子产品通常包含敏感的电子组件,这些组件对静电非常敏感。即使静电放电可能以微弱到肉眼不可见的形式存在,但却足以引起电子组件的故
    百佳泰测试实验室 2024-02-29 15:14 94浏览
  • 在人手一机、智能装置满屋的时代,充电线成为必备的日常用品,而几经规格革命的充电线,目前也已渐走向统一Type-C规格的趋势,USB充电线变身一般通路上最热销的产品,在百家争鸣的红海市场中,若要保有竞争力,产品自然需要不断创新与优化,但是在效能之外,也要确保产品的耐用性及安全性,才能让消费者买的放心、用的安心。USB充电线应用安全风险与解决方案睡前充电早已是现代人的例行公事,您是否也有过类似的经验?充电线在长时间使用的过程中,受到弯曲或是扭转的力量影响,导致芯线断裂或破损,因而出现信号质量变差,甚
    百佳泰测试实验室 2024-02-29 14:01 95浏览
  • 对于数据的存储落盘来说,占据绝大部分存储空间的数据来自于相机传感器,特别是当前的数采需求可能需要6-8个800M像素的相机采集,进行RAW数据落盘。举个例子在以非RAW格式,比如YUV422 8bits,在3840×2160(800M)分辨率下以30fps进行拍摄:3840 × 2160 × 16 / 8 ×30 / 1024^2 = 475MB/s,近500MB/s的带宽需求,在搭载多个800M相机以及其他传感器的情况下,一辆数采车可以轻易达到5TB/小时的落盘需
    康谋 2024-02-29 14:49 62浏览
  • 常见充电桩有直流充电桩、交流充电桩、交直流充电桩等。涉及到的芯片或零组件包括充电模块、显示模块、线缆、主控板及元器件、接触器、断路器、继电器、外壳、插头插座等。1、充电桩成本构成:充电模块(30kW单个约2000元)、充电枪线(5米约5000元)、主控板(约1500元)、显示模块+通讯模块+壳体+线束+继电器(整体300元/kW,售价400元/kW);2、800V高压充电桩相对于400V升级:单800V升压内部结构不升级;高功率高电流要做分体机,耐高压高电流线束继电器、软件系统升级,若用液冷成本
    拍明芯城 2024-02-29 10:54 74浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦