Enhanced Photovoltaic Performance of Perovskite Solar Cells by Co-Doped Spinel Nickel Cobaltite Hole Transporting Layer
采用溶液燃烧法合成了共掺杂尖晶石型钴镍酸盐空穴传输层，并将其应用于平面型倒置钙钛矿太阳能电池。与未掺杂的尖晶石镍钴酸盐相比，掺入Co掺杂的尖晶石镍钴酸盐的Percent太阳能电池显示出器件性能参数的增加，导致PCE为16.5%。X-射线光电子能谱学测量揭示了Cu阳离子的倾向，以取代优选的表面Ni原子改变表面化学计量的尖晶石镍钴酸盐诱导阴极极化。紫外光电子能谱学测量揭示了共掺杂的尖晶石镍钴酸盐薄膜的电离电位增加了0.1 eV相比，未掺杂的尖晶石镍钴酸盐基空穴传输层。我们将倒置钙钛矿太阳能电池的PCE增强归因于共掺杂尖晶石镍钴酸盐空穴传输层的空穴提取性能的改善。
2019-06-06 physics.app-ph
Efficient light-emitting diodes based on oriented perovskite nanoplatelets
溶液处理的平面钙钛矿发光二极管（LED）有望成为高性能和高成本效益的电致发光（EL）器件，非常适合大面积显示和照明应用。利用具有高比率的水平跃迁偶极矩（TDM）的发射层预期会提高平面LED的光子外耦合。然而，基于各向异性钙钛矿纳米发射体的LED仍然是低效的（外部量子效率，EQE <5%），这是由于难以同时控制TDM的取向、实现高光致发光量子产率（PLQY）以及在组装的纳米结构的膜中实现电荷平衡。在这里，我们证明了有效的EL从原位生长的连续钙钛矿膜，包括一个单层的面向取向的纳米片。钙钛矿纳米片膜的水平TDM的比率为~ 84%，显著高于各向同性发射体的水平TDM的比率（67%）。纳米片膜显示出约75%的高PLQY。这些优点使LED的峰值EQE达到23.6%，代表了最高效的钙钛矿LED。
2021-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Enhancing the Open-Circuit Voltage of Perovskite Solar Cells by up to 120 mV using π-Extended Phosphoniumfluorene Electrolytes as Hole Blocking Layers
在ITO/PEDOT：PSS/MAPbI 3/PCBM/HBL/Ag结构的倒置结构平面钙钛矿太阳能电池（PVSC）中引入了4种π-扩展的磷芴电解质（π-PFE）作为空穴阻挡层（HBL）。π-PFE的深位最高占据分子轨道（HOMO）能级有效地阻挡空穴，减少接触复合。我们证明了π-PFEs的掺入在PCBM/Ag界面处引入了偶极矩，导致器件的内建电势显著增强。与常用的浴铜灵HBL相比，这种增强导致器件的开路电压增加高达120 mV。实验和数值模拟结果都证实了这一点。我们的工作表明，通过小分子电解质的传输层/接触界面的界面工程是抑制钙钛矿器件中的非辐射复合和补偿空穴传输层/钙钛矿界面处的非理想能量对准的有希望的途径。
2019-06-13 physics.app-ph
Nanophotonic Light Management for Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells
钙钛矿-硅叠层太阳能电池是目前研究最多的概念之一，以克服硅太阳能电池的功率转换效率的理论限制。对于单片串联太阳能电池，可用光必须在两个子电池之间均匀分布，这被称为电流匹配。对于平面器件设计，钙钛矿顶部电池中的层厚度的全局优化允许达到电流匹配并且同时最小化太阳能电池的反射损耗。然而，即使在这种优化之后，也会发生反射和寄生吸收损耗，其加起来高达7 mA/cm $^2$。在本文中，我们使用数值模拟来研究钙钛矿顶电池中的六边形正弦纳米纹理如何降低组合串联器件的反射损耗。我们调查三种配置。电流密度利用率可以从优化平面参考的91%增加到最佳纳米织构器件（周期500 nm和峰谷高度500 nm）的98%，其中100%是指Tiedje-Yablonovitch极限。在第一次尝试实验实现这样的纳米光子结构的钙钛矿太阳能电池的单片串联，我们研究钙钛矿层，这是正弦结构的基板上沉积的形态。
2018-03-08 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Long Thermal Stability of Inverted Perovskite Photovoltaics Incorporating Fullerene-based Diffusion Blocking Layer
本文研究了p-i-n型钙钛矿太阳能电池在加速热寿命条件下（60 ℃、85 ℃和N2气氛）的稳定性。通过使用缓冲层工程，阻抗谱和其他表征技术的组合，我们提出了钙钛矿活性层与顶部Al金属电极通过扩散机制的相互作用，作为平面倒置钙钛矿光致发光材料（PV）在85 ℃热条件下的主要热降解途径。我们表明，通过使用厚的溶液处理的富勒烯缓冲层的钙钛矿活性层可以从顶部金属电极隔离，并提高在85 ℃下的倒置钙钛矿光致发光材料的寿命性能。最后，我们提出了一种优化的溶液处理的倒置钙钛矿光伏器件，使用厚的富勒烯基扩散阻挡层，在60 ℃下具有超过1000小时的加速热寿命性能。
2019-06-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low Frequency Carrier Kinetics in Perovskite Solar Cells
混合有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池已成为第三代光伏技术的主要候选者。尽管近年来钙钛矿太阳能电池的功率转换效率（PCE）迅速提高，但作为滞后和退化等实际障碍的基础的低频载流子动力学仍然相对知之甚少。为了弥合这一知识差距，我们在这里进行了相关的低频噪声（LFN）和阻抗谱（IS）表征，阐明了操作钙钛矿太阳能电池的载流子动力学。具体而言，我们专注于平面电池的几何形状与SnO 2电子输运层和两个不同的空穴传输层，即聚（三芳基胺）（PTAA）和螺-OMeetrin。PTAA和Sprio-OMeV电池具有5 - 12%的中等PCE，在LFN测量中在200 Hz下具有洛伦兹特征，其对应于从电极到电介质的极化的交叉。相比之下，具有高PCE（15%）的Spiro-OMeetrons细胞显示出四个数量级的低LFN振幅，并伴随着循环平稳过程。通过对十几种太阳能电池的系统研究，我们建立了与噪声幅度、功率转换效率和填充因子的相关性。总的来说，这项工作建立了相关的LFN和IS作为量化钙钛矿太阳能电池中低频载流子动力学的有效方法，从而提供了新的物理见解，可以合理地指导正在进行的改善器件性能、再现性和稳定性的努力。
2019-03-22 physics.app-ph
Nature-Inspired Hyperuniform Nanohole Patterning for Robust Broadband Absorption Enhancement in Perovskite Solar Cells
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程技术大学）
本研究提出一种基于自然的超均匀纳米孔结构，用于增强钙钛矿太阳能电池的宽频带吸收，通过优化光路长度提升光电性能。
2026-04-25 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Modeling luminescent coupling in multi-junction solar cells: Perovskite Silicon tandem case study
本文提出一种在平面层堆叠和周期性纳米结构器件中建模发光耦合的框架，通过钙钛矿硅串联太阳能电池案例发现纳米结构虽减少反射损失但降低发光耦合，强调优化时需权衡二者。
2024-09-24 physics.app-ph physics.optics
Requirements for functional pn-homojunctions in lead-halide perovskite solar cells
Cui等人描述了基于铅卤化物钙钛矿的平面pn结太阳能电池的制造和表征。使用霍尔效应测量法测量的掺杂密度对于溶液处理的n型层从$N_D = 10^{12} cm^{-3}$变化到$8\times 10^{12} cm^{-3}$，对于蒸发的p型层从$N_A = 8\times 10^9 cm^{-3}$变化。虽然这些设备的性能优于它们的同类产品，但这些结果提出了三个重要的问题：（i）所报告的掺杂密度是否高到足以使器件中的静电势分布与未掺杂器件的静电势分布不同，（ii）掺杂密度是否足够高以使pn结在典型的光伏操作条件下保持完整，以及（iii）是pn-结有益于光伏性能，给出了卤化铅钙钛矿的典型性质。
2019-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
An analysis of carrier dynamics in methylammonium lead triiodide perovskite solar cells using cross-correlation noise spectroscopy
利用互相关电流噪声谱，我们研究了甲基铵三碘化铅太阳电池中的载流子动力学。该方法为具有平面多层结构的器件提供了空间选择性，有效地放大了来自堆叠的最具电阻性的元件的电流噪声贡献。在所研究的太阳能电池中，我们观察到接近全尺寸的散粒噪声，表明由单一源产生的噪声占主导地位，可能是钙钛矿和螺-OMeO 2空穴传输层之间的界面。我们认为，强1/f噪声项有贡献的钙钛矿层和界面。它显示出对光电流$S \propto I^{1.4}$（而不是通常的$S \propto I^2$）的非理想依赖性，这可能是由于电流诱导的卤化物迁移。最后，我们观察到产生-复合噪声。该过程的弛豫时间随光电流线性增长，这允许将该贡献归因于钙钛矿体吸收层中的双分子复合。外推我们的结果，我们估计，在标准的1太阳照明的电子-空穴复合时间为5微秒。
2020-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Implied Open-circuit Voltage Imaging via a Single Bandpass Filter Method: Its First Application in Perovskite Solar Cells
一种直接的，基于相机的隐含开路电压（iVOC）成像方法，通过一个单一的带通滤波器（s-BPF）的新用途，开发了大面积光伏太阳能电池和太阳能电池前体。该方法使用窄BPF对光致发光（PL）发射进行成像，该窄BPF的中心能量在PL发射的高能量尾部，利用典型光伏器件的接近于1的吸收率，在该能量范围内具有低变化性。因此，不需要BPF透射带内样品吸收率的精确值。使用s-BPF使得能够适应完全非接触的方法来校准基于相机的光谱集成成像工具的绝对PL光子通量。该方法消除了对成像系统光谱响应的知识以及发射和激发光谱形状的使用的需要。通过BPF中心能量的适当选择，一系列吸收剂组合物或具有不同表面形态（例如，平面相对于纹理）都可以成像，而不需要额外的检测光学器件。首先使用高质量的Cs0.05FA0.79MA0.16Pb（I0.83Br0.17）3钙钛矿纯膜评估这种s-BPF方法的可行性。iVOC的误差被确定为小于1.5%。该方法的有效性，然后证明在装置上堆叠通常用于单结和单片串联太阳能电池中的两种不同的钙钛矿组合物。
2022-08-31 physics.app-ph
Open-Circuit Voltage Limitation by Surface Recombination in Perovskite Solar Cells
基本的电子过程，如电荷载流子传输和复合，在决定混合钙钛矿太阳能电池的效率方面起着关键作用。移动离子的存在使这些过程的清晰理解变得复杂，因为离子可能会引入异常现象，如滞后或巨介电常数。因此，电子景观，包括其与移动离子的相互作用，是很难访问实验和分析。为了解决这一挑战，我们应用了一系列的小扰动技术，包括阻抗谱（IS），强度调制光电流谱（IMPS）和强度调制光电压谱（IMVS）的平面$\mathrm{MAPbI_3}$钙钛矿太阳能电池。我们的测量结果表明，电子以及离子的响应，可以观察到在所有三种方法和文献比较分配。结果表明，主要的载流子损耗机制是表面复合的准费米能级分裂的限制。移动离子和电子载流子之间的相互作用导致的表观二极管的理想因子从0.74到1.64的移动，以增加照明强度，尽管复合机制保持不变。
2020-12-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optical, Thermal, and Electrical Analysis of Perovskite Solar Cell with Grated CdS and Embedded Plasmonic Au Nanoparticles
本文提出在钙钛矿太阳能电池中引入光栅化CdS电子传输层和等离激元Au NPs，通过增强光吸收和降低复合显著提升短路电流密度与转换效率，并分析了其热学影响。
2023-09-18 physics.app-ph physics.optics
Antireflective nanotextures for monolithic perovskite-silicon tandem solar cells
最近，我们使用有限元法（FEM）研究了六方正弦织构对钙钛矿-硅叠层太阳电池反射特性的影响。我们看到，应用于钙钛矿顶电池的这种纳米织构可以将电流密度利用率从优化的平面参考的91%强烈增加到最佳纳米织构器件（周期500 nm和峰谷高度500 nm）的98%，其中100%指的是Tiedje-Yablonovitch极限。在这篇手稿中，我们详细说明了一些数值细节的工作：我们验证的假设的基础上的Tiedje-Yablonovitch限制，我们提出了一个收敛性的研究模拟与有限元方法，我们比较不同的配置正弦纳米纹理。
2018-05-25 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Ionically gated perovskite solar cell with tunable carbon nanotube interface at thick fullerene electron transporting layer: comparison to gated OPV
我们展示了一个离子门控的平面PS-PV太阳能电池与超厚的富勒烯ETL与多孔CNT电子收集器在它的顶部。永久光伏器件通常有未掺杂的电子输运层，通常薄如C60由于其高电阻。由于与卤素I-/Br-反应，金属低功函数阴极在PS-PV中极不稳定，并且期望在厚的低电阻ETL顶部上具有稳定的碳阴极以增强PS-PV的稳定性。我们表明，门控这样的顶部CNT阴极在离子液体中，作为由Vg充电的超级电容器的一部分，通过EDL充电调整CNT的费米能级，并导致在C60/C70 ETL的势垒降低。此外，在较高的门控电压下，离子通过电化学n掺杂进一步传播到富勒烯中，这通过主要提高两个参数：Isc和FF来显著提高PV性能，导致PCE效率从3%提高到11%。ETL的N掺杂强烈地增强了ETL和CNT的电荷收集，提高了Isc并降低了串联电阻，从而强烈地增加了PCE。令人惊讶的是，Voc在PS-PV中对外部Vg门控不敏感，相反，对离子门控有机PV中强烈增强的Voc不敏感，其中Voc是主要的门控效应。Voc对Vg门控CNT电极的功函数的降低的这种不敏感性清楚地表明PS-PV中的Voc由PS本身中的内部p-i-n结形成通过其固有的移动离子物种卤素和阳离子及其空位的积累来确定。
2019-11-06 physics.app-ph
Rigorous Treatment of Photon Recycling in Thermodynamics of Photovoltaics: The Case of Perovskite Thin-Film Solar Cells
建立一个严格的理论，光管理的热力学在photopolics，容纳各种损失机制，以及光的吸收和再发射的波光效应是在这方面的贡献。为此，我们提出了一个理论框架来计算的开路电压增强所造成的光子回收（$ΔV^{\mathrm{PR}}_{\mathrm{oc}}$）与严格的波动光学处理。它可以应用于平面薄膜和纳米结构的单结太阳能电池。我们推导出一个明确的表达式$ΔV^{\mathrm{PR}}_{\mathrm{oc}}$，它揭示了它的依赖于内部量子发光效率，寄生重吸收，并对光子逃逸概率的再发射光子。虽然内部量子发光效率是一种固有的材料特性，但对于任意的太阳能电池结构，可以通过三维电动偶极发射计算来严格确定后两个量。我们通过确定光子再循环对传统平面有机金属卤化物钙钛矿薄膜太阳能电池的$V_{\mathrm{oc}}$的影响来证明我们的框架的优势和有效性，并将其与具有完美散射和朗伯光散射的参考案例进行比较。我们的计算揭示了$ΔV^{\mathrm{PR}}_{\mathrm{oc}}$值高达80 mV的情况下考虑的设备堆栈的角度限制和高达240 mV时，逃逸锥以上的细胞被限制为$θ_{\mathrm{out}}=2.5^\circ$周围的细胞正常。这些改进对寄生吸收施加了严格的限制，因为对于相同的角度限制，仅2\%的寄生再吸收概率将$ΔV^{\mathrm{PR}}_{\mathrm{oc}…
2018-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Graphene-perovskite fibre photodetectors
本研究制备了结合卷曲单层石墨烯和钙钛矿的栅极可调纤维光电探测器，在488nm波长下响应度达22kA/W、响应时间5ms，且具备优异的柔性和洗涤耐久性，性能显著优于现有可穿戴纤维基光电探测器。
2023-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Machine Learning Co-pilot for Screening of Organic Molecular Additives for Perovskite Solar Cells
Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；Al-Farabi Kazakh National University（法拉比哈萨克国立大学）
提出ML驱动框架Co-PAS，结合分子骨架分类器和JTVAE潜在向量克服预测偏差，从25万分子中筛选出使器件PCE达25.20%的新型钝化添加剂BTN。
2024-12-18 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.app-ph
