亚带隙光吸收增强钙钛矿太阳电池转化效率的研究

Organic–inorganic halide perovskite solar cells have been developed significantly in the present decade and reach a high power conversion efficiency (PCE) of 20%. The internal quantum efficiency (IQE) can reach almost 100% in some perovskite solar cells with high PCE, so the room of IQE can be increased is limited. To further improve PCE, one can increase the efficiency of light absorption. Un-conversion materials can transmit low-energy photons from the solar spectrum to higher-energy photons, which can then be utilized by perovskite solar cells. Therefore, luminescent up-conversion is a promising way to harvest near-infrared sunlight (> 800 nm) and improve the PCE of perovskite solar cells. .In this project, up-conversion (UC) materials will be fabricated by hydrothermal method firstly, and then the as-prepared UC materials combined with TiO2 nanoparticles are electrostatic sprayed on FTO to form mesoporous support films. Synthesizes the effect of light absorption and charge transfer in the combined electrode, regulate the content of UC materials in the combination photoanode to optimize the performance of perovskite solar cells. Moreover, the interface will also be modified to obtain high carriers separation and collection efficiency. The ultimate aim is to construct perovskite solar cells with high PCE, comprehensive considering enhanced solar absorption utilization efficiency, facilitated carrier injection and maintained good carrier extraction efficiency.

近几年，钙钛矿太阳能电池经过高速发展，转化效率已经达到20%。由于钙钛矿电池的内量子效率（IQE）已经接近100%，通过器件结构优化进一步提高IQE的空间很小。因此，为了进一步增加钙钛矿电池的太阳能转化效率，可以从增加光吸收效率的角度出发。上转换材料可以将低能量的光子转化为高能量的光子，从而使本来不能被钙钛矿吸收的部分红外光（> 800 nm）也可以被吸收利用，因此在钙钛矿电池中具有较大的应用潜力。本项目提出以水热法制备上转换材料纳米颗粒，调控上转化材料与TiO2颗粒的比例，以构建钙钛矿电池的多孔支撑层，综合考虑光吸收及电荷在复合电极中的传输，并以界面修饰改善光生电子-空穴的分离、收集效率，旨在构建出考虑高效太阳能吸收利用、提高光生电子-空穴分离与收集效率等因素综合效应的高效钙钛矿太阳能电池。

太阳能是世界上最丰富的可再生清洁能源，要实现太阳能的大规模利用，需要解决三个方面的问题：太阳能的捕获、转化以及储存。将太阳能直接转化为电能或化学能将是实现太阳能大规模使用的重要途径之一。在太阳能转换为电能或化学能的过程中，有很大一部分在迁移的过程中发生复合。载流子传输和载流子复合是一个竞争过程，降低复合效率可以有效的提高电池的太阳能转换效率。.本课题将进一步优化光阳极的结构，并对光阳极进行修饰来降低光阳极的体相复合和表面复合，提高载流子的传输效率，从而提升光电化学电池的太阳能转换效率。具体的研究研究内容和结果包括：1）用necking处理和致密层提升了电荷传输效率和FTO界面处的电荷收集效率，从而提升WO3光电化学分解水电池的太阳能转换效率。系统研究了necking的作用机理，进一步阐述了增强的WO3颗粒之间的电连接，减少颗粒间界面复合是necking处理提高电极光电化学转换效率的主要因素。首次同时采用necking处理和致密层来修饰光电极，为制备高效其它多孔纳米结构的光电极提供参考。.2）通过改变电喷雾距离调节多级纳米微球的尺寸，并在此基础上制备了双层结构的光阳极，从而平衡了染料吸附和电荷传输之间的关系，基本解决了高染料吸附和高的电荷传输效率不可兼得的矛盾，获得了高效率的染料敏化太阳能电池。本方法简单、易行，不需要其它方法制备多级微球，且是原位制备了双层结构的电极，可以推广到其它基于纳米晶材料的分级结构或多层结构薄膜的制备。.3）溶液法制备纯净的Cs2SnI6，并以Cs2SnI6为空穴传输层，制备了固态染料敏化太阳能电池，可以防止液态电解质挥发和泄漏的危险。制备FA0.75MA0.25SnI3平面异质结钙钛矿太阳能电池，光电转换效率达到4%左右。.