Towards unification of perovskite stability and photovoltaic performance assessment
随着钙钛矿光伏材料（PV）的快速发展，进一步的挑战出现，以满足商业部署所需的最低标准。随着推动更高的效率，我们确定需要提高报告的研究数据的质量和一致性，并集中精力了解和克服操作过程中的故障。从这个角度来看，作为一个大型的和代表性的研究人员在这一领域的活跃联盟，我们讨论哪些方法需要特别注意，并发出一系列的建议，以改善研究实践和报告。
2020-04-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Resource Demand of Terawatt-Scale Perovskite Tandem Photovoltaics
本研究分析太瓦级钙钛矿叠层光伏的资源需求，指出铯、铟可替代则供应无虞，但有机传输材料扩展受限，研究需兼顾可持续选材与回收设计。
2023-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of the structure of lead iodine perovskites on the photovoltaic efficiencies
甲基铵碘化铅钙钛矿根据温度以不同的结构结晶：正交晶系、四方晶系和立方晶系。要考虑的一个重要点是不同结构的微观性质对光学和光伏性质的影响。利用第一性原理，我们得到的吸收系数，将决定太阳辐射的吸收。为了分析不同原子对吸收系数的贡献，我们将其分解为多组分展开。使用类似的方法，我们也分裂的效率作为一个多物种的扩展。它允许识别和量化原子种类对不同相的吸收系数和太阳能电池效率的贡献。此外，量化了单元厚度w的影响。
2021-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Slow diffusion and long lifetime in metal halide perovskites for photovoltaics
金属卤化物钙钛矿具有优异的吸收、发射和载流子传输性能。因此，这些材料非常适合于人们越来越感兴趣的光化学应用。尽管如此，问题出现时，在不寻常的长载流子寿命，关于微米扩散长度，将意味着一个非常低的扩散系数相比，常用的光伏吸收剂。在本文中，我们提供了一个实验洞察到这种长寿命的载流子在慢动作。我们的方法依赖于一个改进的模型来分析时间分辨的光致发光衰减在多个注量水平，包括载流子运输，光子回收和陷阱动态。在不同的界面特性上对模型进行了验证。此外，我们研究了各种钙钛矿吸收剂，如具有铯含量的混合合金。对于我们分析的大多数基于钙钛矿的材料，带-带复合率保持接近辐射极限，导致预期的亚微秒寿命。观察到载流子的缓慢扩散，扩散系数D值约为5 × 10 -3 cm 2/s。尽管如此，功率转换效率仍然很高。观察结果可能与有争议的直接和间接带隙共存减慢复合过程有关。
2018-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Inter-Domain Charge Transfer as a Rationale for Superior Photovoltaic Performances of Mixed Halide Lead Perovskites
含有碘离子和溴离子的混合物的有机-无机卤化铅钙钛矿在供体-受体异质结太阳能电池中始终比标准的甲基铵三碘化铅材料表现得更好。这种观察是违反直觉的，因为对于光伏材料通常预期非均匀性和组成无序导致载流子扩散长度和转换效率降低。在这里，我们结合超快光致电吸收和宽带荧光上转换光谱测量，以仔细检查混合阳离子，混合卤化物铅钙钛矿薄膜的载流子动力学。我们的研究结果证明了电荷转移激子（CTE）的形成跨越各种卤化物组合物的域的边界。对光致瞬态Stark信号的全局分析表明，CTE在几十到几百皮秒的时间内从富Br区逐渐演化到富I区。而不是构成重组中心，不同卤化物组合物的域之间的边界似乎有利于载流子分离，通过驱动光生空穴沿着溴化物含量降低的通道。
2018-08-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lessons from Chalcopyrites for Scaling Thin Film Perovskite Photovoltaic Technology
本文借鉴CIGS薄膜光伏的商业化经验，指出钙钛矿太阳能电池需在稳定性、规模化及工业协调方面吸取教训，以实现可持续发展。
2025-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revealing the Charge Transfer Dynamics Between Singlet Fission Molecule and Hybrid Perovskite Nanocrystals
单态裂变过程由于其提高光伏效率和突破肖克利-奎塞尔极限的潜力而受到广泛关注。在光伏器件中，钙钛矿材料在过去十年中显示出巨大的进步。因此，在钙钛矿装置中组合单线态裂变材料可以导致其性能的急剧增强。为了揭示单重态裂变过程在钙钛矿材料中的适用性，我们使用瞬态吸收光谱研究了从SF活性物质910双苯乙炔基蒽到CH 3 NH3 PbBr 3钙钛矿纳米晶体的电荷转移动力学。我们观察到了一个重要的电荷转移从耦合三重态的BPEA到导带的CH_3 NH_3 PbBr_3在皮秒的时间尺度。在BPEA和CH 3 NH3 PbBr 3纳米晶体的混合物中观察到的缩短的寿命证实了这些系统之间的显着的电荷转移。我们的研究揭示了单重态裂变钙钛矿复合材料中的电荷转移机制，这将有助于开发先进的光伏系统。
2022-04-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Switchable Photovoltaic Effect in Ferroelectric CsPbBr3 Nanocrystals
本文发现 CsPbBr3 纳米晶在无外加电场下具有铁电驱动的光伏效应，且该效应可通过外加电场增强并切换极化方向，为新型光铁电器件设计提供了潜在候选方案。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Light Management in Perovskite Photovoltaic Solar Cells: a perspective
光管理（LM）对于金属卤化物钙钛矿太阳能电池在其创纪录的性能竞争中至关重要。在这篇评论中，标准的材料，工艺和光子工程的建立，如主要提高短路电流密度，朝着高能量产量。这些标准被用来分析一个大的面板的解决方案设想在文献中的单结细胞。此外，提出了一种基于对各种可比结构进行严格电磁模拟的观点，以澄清结论，并为进一步提高全钙钛矿双端串联电池的性能铺平道路。
2022-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Triple Halide Wide Bandgap Perovskites for Efficient Indoor Photovoltaics
由于物联网（IoT）的不断发展，室内光生物学受到了极大的关注。在这里，我们报告了一个三重阴离子（TA）钙钛矿CH3NH3PbI2.6（BrCl）0.2与定制的带隙适合最大限度地提高室内光捕获相比，甲基铵碘化铅CH 3 NH3 PbI 3。性能最好的TA钙钛矿室内光伏器件在1000勒克斯室内照明（0.3 mW/cm 2辐照度）下实现了25.1%的稳态功率转换效率（PCE），输出功率密度为~ 75 microW/cm 2。该PCE几乎比基于CH 3 NH3 PbI 3的等同器械高40%（PCE为17.9%）。采用三阴离子合金化方法可以提高载流子寿命，降低陷阱态密度，改善晶体质量。通过连续降低氯含量并将其与相应的光伏器件性能相关联，进一步研究了氯（Cl）在TA基室内光伏器件的更好性能中的决定性作用。用未掺杂的P3 HT代替常用的空穴传输层Spiro-MeO 2，发现在室内照明条件下显著降低了电流-电压滞后。石墨烯涂层纺织纤维基温度传感器成功地由三阴离子钙钛矿室内光伏器件供电。本研究的结果展示了一种新的途径，可以最大限度地提高卤化物钙钛矿室内光伏器件的PCE及其在物联网行业中的应用潜力。
2023-01-31 physics.app-ph
Polar or nonpolar? That is not the question for perovskite solar cells
钙钛矿太阳能电池（PSC）是最有前途的下一代光伏技术之一，有机-无机卤化物钙钛矿（OIHP）的极化在光伏转换中的作用引起了人们的极大兴趣。然而，OIHP的极性仍在激烈辩论中。在这篇综述中，我们从理论和实验的角度研究了最近的文献对极性的OIHPs，并认为他们可以是极性和非极性，这取决于组合物，加工和环境。OIHP极性光伏转换的影响进行了讨论，并在回答这些问题的努力继续为我们提供新的见解。在未来，将局部扫描探针与全局宏观测量原位结合将为有趣的宏观现象提供宝贵的微观洞察力，而同步辐射衍射和扫描透射电子显微镜对更稳定的样品可能最终解决这一争论。
2021-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Bright Side and the Dark Side of Hybrid Organic Inorganic Perovskites
先前开发的双金属两性天然缺陷（BAND）模型用于全面解释独特的电物理性质，并用于理解钙钛矿作为光伏材料的卓越性能。结果表明，在供体（受体）配置的两性缺陷捕获一小部分的光激发电子（空穴），将它们分成两组：高能量的明亮和低能量的暗电子（空穴）。暗电子和暗空穴的空间分离以及亮和暗载流子的k空间分离降低了电子空穴复合率，从而模拟了具有电子和空穴的平衡的、空间分离的传输的理想光伏材料的性质。BAND模型还提供了一个简单的解释，多晶钙钛矿薄膜的光伏性能对结构和光学不均匀性的异常不敏感。明亮的电子和空穴的蓝移的辐射复合的结果在一个大的反斯托克斯效应，提供了一个定量的解释的光谱依赖性的激光冷却效果在钙钛矿片测量。
2020-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fractional Deviations in Precursor Stoichiometry Dictate the Properties, Performance and Stability of Perovskite Photovoltaic Devices
近五年来，卤化铅钙钛矿材料和器件领域取得了显著进展。研究现有的文献发现，不同研究小组报告的结果存在惊人的不一致性，尤其是在光伏性能和设备稳定性方面。在这项工作中，我们证明，分数，很可能是无意的，在前体溶液化学计量的偏差可能会导致显着变化的钙钛矿层的性质，以及在性能和稳定性的钙钛矿光伏器件。我们表明，虽然层的吸收率和形态基本上不受影响，但表面组成和能量、结晶度、发射效率、能量无序和储存稳定性都对前体溶液的精确化学计量非常敏感。我们的研究结果阐明了不同组间报告结果的不可再现性和不一致性的起源，以及即使在个别研究中器械性能的广泛分布。最后，我们提出了一种简单的实验方法来确定钙钛矿层的确切化学计量，研究人员可以使用这种方法来确认他们的实验是一致的，而不会在前体化学计量中发生意外变化。
2019-04-26 physics.app-ph
Insights from Device Modeling of Perovskite Solar Cells
从这个角度来看，我们探讨了从这些设备的建模和模拟中获得的钙钛矿太阳能电池的设备物理的见解。我们讨论了一系列影响钙钛矿太阳能电池建模的因素，包括离子的作用，介电常数，态密度和复合损耗的空间分布。通过关注钙钛矿光伏器件中非理想能量对准的影响，我们证明了低复合钙钛矿材料的独特功能-形成界面，主要是电子，自感偶极子，导致显着增加内置电位和器件开路电压。最后，我们讨论了未来的方向，设备建模在钙钛矿photoprophics领域，描述了一些悬而未决的问题，其中设备模拟可以作为一个特别强大的工具，在该领域的未来发展。
2020-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Beyond 1 ms Charge-Carrier Recombination Dynamics in the CsPbBr3 Perovskite
本文研究CsPbBr3钙钛矿的载流子复合动力学，发现其寿命在低温下超1 ms、室温近100 μs，并通过TRMCD与建模证明该超长寿命由杂质电荷俘获主导，为叠层电池及光电探测等应用提供新思路。
2023-06-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Inverted Perovskite Photovoltaics using Flame Spray Pyrolysis Solution based CuAlO2/Cu-O Hole Selective Contact
我们提出了导电和透明的铜铝氧化物，氧化铜合金的功能化过程。采用火焰喷雾热分解法制备了铜、铝氧化物、氧化铜粉末，并采用超声和离心法对粉末的分散液进行了稳定化处理。我们表明，当处理过的铜铝氧化物、氧化铜分散体的上清液部分用于空穴传输层的开发时，相应的倒置钙钛矿太阳能电池显示出改善的功能和功率转换效率，具有可忽略的滞后效应。
2019-06-05 physics.app-ph
Effect of doping, photodoping and bandgap variation on the performance of perovskite solar cells
大多数传统的半导体材料基于掺杂密度的控制来产生结，从而产生功能性和有效的电子和光电子器件。卤化物钙钛矿的技术开发最初很少使用钙钛矿层的电子掺杂概念，而是采用各种不同的接触材料来创建功能。只是最近，钙钛矿层的有意或无意掺杂更频繁地被用作解释某些器件中光伏或光电性能差异的重要因素。在这里，我们使用数值模拟来研究掺杂和光掺杂对光致发光量子产率以及其他器件相关指标的影响。我们发现掺杂可以通过使辐射复合更快来提高光致发光量子产率。这种效应可以有益于或有害于光伏性能，因为光致发光量子效率和开路电压的提高伴随着扩散长度的减小。这种减少将最终导致在高掺杂密度下的低效载流子收集。光伏性能可以在最佳掺杂密度下改善，这取决于一系列因素，例如不同层的迁移率和电子和空穴的捕获截面的比率。
2021-12-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Understanding and Minimizing $V_{OC}$ Losses in All-Perovskite Tandem Photovoltaics
全钙钛矿叠层太阳能电池以低成本保证高光伏性能。然而，到目前为止，它们的效率无法与传统的无机多结太阳能电池竞争，并且与隔离单结器件的预期相比，它们通常表现不佳。了解全钙钛矿串联太阳能电池的性能损失是加速进步的一个关键方面。在这里，我们进行了广泛的选择性表征的各个子细胞解开这些串联设备中的不同损耗和限制因素。我们发现，在我们的基线系统中，以及在大多数文献报道中，在高间隙子电池的非辐射损失占主导地位的整体复合损失。我们通过多方面的方法连续改进高能隙钙钛矿子电池，使我们能够将子电池的开路电压（$V_{OC}$）提高高达120 mV。由于我们首次在全钙钛矿串联中采用的（准）无损氧化铟互连，在高带隙钙钛矿中实现的$V_{OC}$改进直接转化为改进的全钙钛矿串联太阳能电池，其具有2.00 V的冠军$V_{OC}$和23.7%的稳定效率。当分别从电致发光和光致发光确定时，我们优化的全钙钛矿串联的效率潜力达到25.2%和27.0%，这表明实验装置中钙钛矿和传输层之间存在显著的传输损耗以及不完美的能量对准。考虑到在隔离的钙钛矿层上使用光致发光测量的两种吸收剂的整体质量，进一步改进到28.4%是可能的。因此，我们的见解不仅显示了一个优化的例子，但一个可推广的基于证据的策略，利用光学子细胞表征优化。
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
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
Self-powered sensors enabled by wide-bandgap perovskite indoor photovoltaic cells
我们提出了一种新的方法，无处不在的室内应用传感，使用高效率和低成本的室内钙钛矿光电池作为外部电源的后向散射传感器。我们展示了用于室内光能收集的宽带隙钙钛矿光电池，其中1.63 eV和1.84 eV器件在室内紧凑型荧光灯照明下分别表现出21%和18.5%的效率，在0.16 mW/cm 2的光强度下，1.84 eV电池的开路电压为0.95 V。随后，我们展示了一种由钙钛矿室内集光模块自供电的无线温度传感器。我们将三个钙钛矿光电池串联在一起，以创建一个模块，该模块在0.16 mW/cm 2的紧凑型荧光照明下产生14.5 uW的输出功率，效率为13.2%。我们使用该模块作为电池辅助RFID温度传感器的外部电源，并展示了5.1米的读取范围，同时保持每1.24秒进行一次非常高的频率测量。我们的组合室内钙钛矿光伏模块和反向散射射频传感器被进一步讨论，作为建筑物中无处不在的传感的途径，因为它们有可能以非常低的成本以集成方式制造，它们不需要更换电池和高频数据收集。
2019-09-12 eess.SP physics.app-ph
Quantifying Nonradiative Recombination and Resistive Losses in Perovskite Photovoltaics: A Modified Diode Model Approach
本文提出一种改进二极管模型，以漂移-扩散模拟为基准，用于量化钙钛矿光伏中缺陷辅助复合和串并联电阻损耗，并在实际器件中验证了其有效性。
2023-11-30 physics.app-ph
Electrochemical Screening of Contact Layers for Metal Halide Perovskites
优化选择性接触层的光刻是必要的，以产生高性能稳定的设备。然而，这对于钙钛矿来说是困难的，因为它们复杂的界面缺陷影响有源层中的载流子浓度以及界面处的电荷转移和复合。使用真空热蒸发氧化锡作为案例研究，我们强调电化学测试是简单的，但屏幕设备相关的接触层属性，使他们有用的工艺开发和质量控制。具体而言，我们表明，循环伏安法和恒电位计时电流法与关键性能参数在完成的设备，以及其他材料/界面性能相关的设备，如分流途径和化学成分。具有快速，可靠，可扩展和可操作的电子特性探针越来越重要，因为卤化物钙钛矿光致发光接近其理论极限和大面积器件的规模。
2021-12-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Low Temperature Combustion Synthesis of a Spinel NiCo2O4 Hole Transport Layer for Perovskite Photovoltaics
在本研究中，我们报告的合成和表征的低温溶液可加工的单分散钴酸镍（NiCo2O4）纳米粒子通过燃烧合成使用酒石酸作为燃料，并证明其性能作为空穴传输层（HTL）的Percent太阳能电池（PVSC）。NiCo2O4是一种p型半导体，与NiO相比，它具有环境友好、元素丰富、导电性高等优点。我们表明，使用酒石酸作为燃料的尖晶石NiCo2O4的燃烧合成可用于控制纳米颗粒的尺寸，并提供光滑，紧凑和均匀的功能HTLs处理的刮刀涂布。不同NiCo2O4厚度的PVSC作为HTL的研究揭示了空穴提取效率的差异，并且对于15 nm的优化厚度，实现了增强的空穴载流子收集。结果，具有15 nm NiCo2O4 HTL的PVSC的p-i-n结构显示出可靠的性能，并且功率转换效率值在15.5%的范围内，具有可忽略的滞后。
2018-07-19 physics.app-ph
Printed high-mobility p-type buffer layers on perovskite photovoltaics for efficient semi-transparent devices
具有透明电极的超导太阳能电池（PSC）可以与现有的太阳能电池板以串联配置集成，以提高功率转换效率。半透明PSC中的关键层是无机缓冲层，其在透明电极溅射在顶部上时保护PSC免受损坏。由于缺乏合适的p型缓冲层，n-i-p结构半透明PSC的开发受到阻碍。在这项工作中，我们开发了一种p型CuOx缓冲层，其可以在钙钛矿器件上均匀生长而不损坏钙钛矿或有机电荷传输层，可以使用工业可扩展的技术生长并且具有高空穴迁移率（4.3 +/-2 cm 2 V-1 s-1）、高透射率（>95%）和用于空穴提取的合适的电离电势（5.3 +/-0.2 eV）。使用CuOx缓冲层实现了效率高达16.7%的半透明PSC。我们的工作展示了一种将PSC集成到串联配置中的新方法，以及能够开发需要高质量p型层的其他器件。
2020-01-21 physics.app-ph
Precise Control of Process Parameters for >23% Efficiency Perovskite Solar Cells in Ambient Air Using an Automated Device Acceleration Platform
本文利用全自动设备加速平台在环境空气中系统优化两步法制备钙钛矿太阳能电池的八项工艺参数，揭示滴加速度通过调控残余PbI2含量影响性能，并建立标准操作程序，实现效率超过23%且光热稳定性优异的器件。
2024-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficient and Stable PbS Quantum Dot Solar Cells by Triple-Cation Perovskite Passivation
溶液处理的量子点（QD）具有制造低成本、柔性和大规模太阳能收集装置的高潜力。最近已经证明，当与标准配体钝化相比时，采用单一单价阳离子钙钛矿溶液用于PbS QD表面钝化的混合装置表现出增强的光伏性能。本文中，我们证明了使用三重阳离子Cs0.05（MA0.17FA0.83）0.95Pb（I0.9Br0.1）3钙钛矿组合物用于量子点的表面钝化产生高效太阳能电池，其在1200小时货架储存后保持其初始性能的96%。我们确认周围的PbS纳米晶体的钙钛矿壳形成的光谱技术以及高分辨率透射电子显微镜。我们发现，三重阳离子壳层的结果在一个有利的充满活力的对齐点的核心，导致减少重组由于电荷限制，而不限制在活性层中的传输。因此，通过单步膜沉积制造的光伏器件达到了11.3%的最大AM1.5G功率转换效率，超过了大多数先前报道的采用钙钛矿钝化的PbS太阳能电池。
2020-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Precursor Stoichiometry on the Performance and Stability of MAPbBr3 Photovoltaic Devices
宽带隙甲基铵溴化铅钙钛矿在叠层太阳能电池和发光二极管中具有很好的应用前景。尽管其实用性，但对其可重复性和稳定性的了解有限。在此，详细研究了薄膜和器件的性质、性能和货架储存对前体溶液化学计量的微小变化的依赖性。虽然基于这些溶液变化的光电池表现出类似的初始性能，但货架储存强烈依赖于前体溶液的化学计量。虽然所有器件都表现出一定程度的愈合，但缺乏溴化物的薄膜表现出显着的改善，其光转换效率增加了一倍以上。在不同气氛下进行的光致发光光谱实验表明，这种增加部分是由于暴露于环境后发生的陷阱愈合机制。我们的研究结果强调了理解和操纵卤化铅钙钛矿中的缺陷以生产持久稳定的器件的重要性。
2020-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multi-site mixing and entropy stabilization of CsPbI$_{3}$ with potential application in photovoltaics
本研究通过第一性原理和团簇展开方法，探索CsPbI$_3$中Cs和Pb位合金化及熵稳定效应，发现Cs$_2$PbGeI$_6$双钙钛矿具有直接带隙和优良光电性能，为低铅高效光伏材料提供新途径。
2025-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Photovoltaic potential of tin perovskites revealed through layer-by-layer investigation of optoelectronic and charge transport properties
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH（亥姆霍兹柏林材料与能源有限公司）；Egyptian Petroleum Research Institute（埃及石油研究所）；IPVF, Institut Photovoltaïque d'Ile-de-France（法兰西岛光伏研究所）；University of Naples Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；Henan University（河南大学）；University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克国立大学）；Bielefeld University（比勒费尔德大学）
本文通过逐层分析FASnI3钙钛矿的能带位置、缺陷和电荷提取动力学，揭示了其与铅基钙钛矿的能级系统差异，并提出了独立优化锡基钙钛矿器件设计的必要性。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Organic and perovskite solar cells for space applications
近60年来，空间应用的太阳能一直依赖于无机光致发光材料，从单晶硅制成的太阳能电池发展到基于锗和III-V合金的三结。这类有机基光致发光材料的范围从全有机到混合钙钛矿，有可能成为空间应用中的颠覆性技术，这要归功于吸引人的固有特性（例如，创纪录的高比功率，可调吸收窗口）和加工可能性的独特组合。在这里，我们报告了平流层任务OSCAR的发射情况，该任务首次展示了有机太阳能电池在地外条件下的操作。这一成功的基于有机物的光电子学的首次飞行为从卫星到轨道和行星空间站的空间太阳能发电开辟了新的范例。
2018-04-07 physics.app-ph
High Open-Circuit Voltages in Lead-Halide Perovskite Solar Cells - Experiment, Theory and Open Questions
卤化铅钙钛矿的最显著的特征之一是它们具有缓慢复合的能力，尽管这些材料大多在室温下从溶液中加工。当在太阳能电池中使用铅卤化物钙钛矿层时，缓慢的复合允许实现高的开路电压。该观点讨论了我们对铅卤钙钛矿中复合和开路电压的理解和实验数据的最新水平。一个特别的重点放在开放的问题，社区必须解决设计未来的光伏和光电子器件的基础上铅卤化物钙钛矿和其他半导体具有类似的性能。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Radiation detection and energy conversion in nuclear reactor environments by hybrid photovoltaic perovskites
高能和高强度电离辐射的探测和直接功率转换可能是下一代核反应堆安全系统和空间装置的一个关键要素。例如，2011年的福岛核灾难如果有1%的反应堆残余辐射（$γ$ -核裂变的射线）在反应堆内直接转化为电力，为水冷回路提供动力，就可以在很大程度上避免。本文报道了混合卤化物钙钛矿甲基铵三碘化铅可以完美地发挥转换器的作用。单晶经7.61 E14 Bq核反应堆的典型停堆$γ$ -谱辐照后，表现出高效率的$γ$ -射线向自由载流子的转换，并具有辐射硬化特性。在50 Sv/h下，0.3 mW/kg的甲基铵三碘化铅的功率密度意味着比硅基电池高四倍的效率。该材料在高达100 Sv/h剂量率和57 Sv H*（10）环境总$γ$ -剂量的实验极限下稳定，而不改变其性能。此外，甲基铵三碘化铅的γ屏蔽性能优于普通混凝土和重晶石混凝土。
2020-01-28 physics.app-ph
Ultra-long charge carrier recombination time in methylammonium lead halide perovskites
金属卤化物钙钛矿（MHP）由于其优异的光伏特性而在太阳能电池中具有潜在的应用前景。近年来，基于MHP的太阳能电池的功率转换效率从最初的几个%迅速提高到单结器件的25%以上。因此，考虑到其低成本和易于制造，基于MHP的太阳能电池已成为发展最快的光伏技术。在这方面，最近的许多工作主要是基于甲基铵MHP的吸收剂材料，例如MAPbX $_3$，其中MA=CH $_3$ NH $_3$，X=Cl、Br和I。在这里，我们提出了在$4$至$290\ \text{K}$的非常宽的温度范围内对三种母体MAPbX $_3$的各种晶型进行的非接触式时间分辨光电导测量的结果，即，MAPbCl $_3$、MAPbBr $_3$和MAPbI $_3$。这种方法是通过使用一个高品质因数（Q）的微波谐振器，它与市售的微波桥配备了自动频率控制（AFC）和氦气流低温恒温器合作。
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci 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
Three-Dimensional Optical-Electrical Simulation of Cs2AgBiBr6 Double Perovskite Solar Cells
Ahsanullah University of Science and Technology（阿赫桑努拉科学与技术大学）
本研究利用三维有限元法仿真，确定最优电荷传输层组合，实现Cs₂AgBiBr₆太阳能电池理论效率上限。
2026-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ionically generated built in equilibrium space charge zones -- a paradigm change for lead halide perovskite interfaces
甲基碘化铅铵（Methylammonium lead iodide，简称MAI）是被广泛研究的用于光致发光的钙钛矿类的原型。然而，即使是均衡方面也远未被完全理解。在这里，我们讨论的平衡空间电荷效应在Al 2 O3/TiO 2和Al 2 O3/Al 2 O3界面，这是太阳能电池的重要意义。不同于光伏文献中，这样的内置电位被认为是由电子载流子单独产生的，我们将适用于一个广义的图片，认为离子和电子载流子的平衡分布。我们给出的实验证据表明，这是负责的平衡空间电荷电位的离子，在接触的原因是一个显着的离子吸附。由离子再分布产生的平衡空间电荷效应的发生尚未被考虑用于光伏材料，并且因此提供了用于修改太阳能电池中的电荷选择性界面的新路径，以及更好地理解介孔系统中的行为。
2019-07-31 physics.app-ph physics.chem-ph
Efficient indoor p-i-n hybrid perovskite solar cells using low temperature solution processed NiO as hole extraction layers
混合钙钛矿由于其特殊的光伏和光电性能而受到极大的关注。在n-ip和p-i-n两种广泛使用的钙钛矿太阳能电池器件结构中，后者因其制造简单和能量输入较低而令人感兴趣。然而，这种结构大多使用PEDOT：PSS作为空穴传输层，这会加速钙钛矿太阳能电池的退化。因此，开发稳定的无机空穴提取层（HEL），而不影响器件制造的简单性，在这个快速发展的光伏领域至关重要。在这里，我们展示了低温（~100 oC）溶液处理和掺杂（~ 6 nm）NiO纳米颗粒薄膜作为基于CH 3 NH 3 PbI 3的钙钛矿太阳能电池的高效HEL。我们测量的功率转换效率（PCE）为13.3%的刚性玻璃基板和8.5%的柔性基板。与基于PEDOT：PSS的MAPbI 3太阳能电池（PCE ~ 7.9%）的比较表明，基于NiO的太阳能电池具有更高的短路电流密度和改善的开路电压（1.03V）。除了在1个太阳下的光伏性能之外，NiO的有效空穴提取特性也被证明用于室内照明，并且在紧凑型荧光照明下NiO基CH3NH3PbI2.9Cl 0.1 p-i-n太阳能电池的PCE为23.0%。与在PEDOT：PSS HEL上制造的钙钛矿太阳能电池相比，在NiO HEL上制造的钙钛矿太阳能电池观察到更好的保质期稳定性。详细的微观结构和微物理研究意味着均匀的形态，较低的复合损失，和改善的电荷转移性能的CH 3 NH3 PbI 3上生长的NiO HEL。
2019-09-12 physics.app-ph
Practical development of efficient thermoelectric-photovoltaic hybrid systems based on wide-gap solar cells
本文针对光伏电池效率随温度升高而下降的问题，开发了面向非晶硅、GaInP和钙钛矿宽禁带太阳能电池的定制化碲化铋热电发电器，通过建模与实验验证了热电-光伏混合系统可实现最高+3.1%的效率增益。
2023-10-31 physics.app-ph
Time-resolved imaging of non-diffusive carrier transport in long-lifetime halide perovskite thin films
由于其特殊的半导体性能，杂化无机-有机钙钛矿显示出作为光伏吸收剂的巨大前景。在这些材料中，载流子的长程扩散允许大部分光生载流子对光伏效率有贡献。在这里，时间分辨光致发光（PL）显微镜是用来直接探测双极载流子扩散和复合动力学的混合钙钛矿。该技术应用于通过两种不同的制造路线获得的甲基铵三碘化铅MAPbI $_3$的薄膜，甲基铵三溴化铅（MAPbBr $_3$），以及甲脒三碘化铅（FAPbI $_3$）和甲基铵溴化铅FA $_{0.85}$ MA $_{0.15}$ Pb（I $_{0.85}$ Br_ ${0.15}$）$_3$的合金。膜中的平均扩散系数导致最高的器件效率和最长的寿命，即，在FA $_{0.85}$ MA $_{0.15}$ Pb（I $_{0.85}$ Br $_{0.15}$）$_3$和乙腈处理的MAPbI $_3$中，发现比其它膜低几个数量级。对时间依赖性的进一步研究显示出非扩散运输的有力证据。特别是，乙腈处理的MAPbI $_3$显示不同的扩散制度，在短期和长期的时间尺度上的有效扩散常数变化超过2个数量级。我们的研究结果还强调了这样一个事实，即在这类材料中载流子寿命的增加不一定伴随着扩散长度的增加，并且在太阳能电池工作条件下的PL量子效率是材料和最终设备质量的更大指示。
2019-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Universal Strategy of Perovskite Ink-Substrate Interaction to Overcome the Poor Wettability of a Self-Assembled Monolayer for Reproducible Perovskite Solar Cells
已经报道了采用自组装单层（诸如Me-4PACz）作为空穴传输层的Percent太阳能电池表现出高器件效率。然而，由于钙钛矿墨水与底层Me-4PACz的相互作用较差，导致Me-4PACz上的钙钛矿润湿性较差，这对制造高效的钙钛矿器件提出了重大挑战。采用由二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）和N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）组成的三元共溶剂体系来改善钙钛矿油墨-基底相互作用并获得均匀的钙钛矿层。与DMF、DMSO基油墨相比，NMP的包含显示钙钛矿油墨与Me-4PACz的相当高的结合能，如通过密度泛函理论计算所揭示的。通过优化的三重共溶剂比，钙钛矿器件在0.16 cm 2、0.72 cm 2和1.08 cm 2的有源面积下分别提供> 20%、19.5%和~18.5%的高功率转换效率。重要的是，这种钙钛矿油墨-基底相互作用方法是通用的，并且有助于获得其他钙钛矿组合物如MAPbI 3、FAMAPbI 3-xBrx和无MA的FACsPbI 3-xBrx的均匀层和高光伏器件性能。
2023-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The influence of additives in the stoichiometry of hybrid lead halide perovskites
我们研究了在商业钙钛矿前体油墨的加工中使用精心选择的溶剂添加剂，并分析了它们对有机金属三卤化物钙钛矿光伏器件性能的影响。我们提供的证据表明，使用苯甲醛可以作为一种有效的方法，以保持溶液中的钙钛矿前体的化学计量。基于苯甲醛的添加剂工程表明可以改善三卤代钙钛矿太阳能电池的钙钛矿固态薄膜形态和器件性能。
2018-07-19 physics.app-ph
Optimization and Performance Evaluation of Cs$_2$CuBiCl$_6$ Double Perovskite Solar Cell for Lead-Free Photovoltaic Applications
该研究通过SCAPS-1D模拟优化Cs$_2$CuBiCl$_6$双钙钛矿太阳能电池，在300K和4.3eV电子亲和力下实现24.51%效率，展示了其作为无铅光伏吸收层的潜力。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Thin-Film Solar Photovoltaics: Trends and Future Directions
University of North Carolina at Charlotte（北卡罗来纳大学夏洛特分校）
本文综述了薄膜光伏技术，包括非晶硅、镉碲化物和铜铟镓硒等，分析了其在规模化、成本和可持续性方面的挑战，并探讨了钙钛矿、铜锌锡硫等新兴技术的发展与应用前景。
2025-08-07 physics.app-ph
New hybrid organic-inorganic ferrophotovoltaic perovskites nanoparticles with high voltage for indoor and IoT applications
对于太阳光谱，光伏有源层的理想带隙为约1.3eV。然而，具有这种值的氧化物是罕见的。迄今为止，作为光伏活性层研究最多的氧化物之一是氧化亚铜Cu 2 O。它的带隙约为2.1 eV，因此对于太阳光谱来说并不理想。电源转换效率一般不超过4%。在本文中，我们建议研究一种新兴类型的太阳能电池，是基于铁电性。在这种类型的太阳能电池中，与传统太阳能电池不同，不一定需要pn结。这种类型的电池开始获得令人感兴趣的转换效率，但是其机制仍然没有得到很好的理解，并且必须解决几个材料和工程挑战。本文的目的是发起一种基于具有合适带隙宽度的新型无机材料和有机材料（生物聚合物）的创新光伏技术。这些氧化物更稳定。我们合成的铁电材料吸收了大部分的太阳光谱，减少了带隙宽度。将PZN-4.5PT纳米颗粒分散在生物聚合物基质中。采用旋涂法在ITO衬底上成功地制备了无机纳米粒子嵌入生物聚合物的杂化薄膜。结构，形态和电气性能进行了研究。在3550 lux的LED光照下，开路电压为5.17和5.86 V，光照15和30 min的最佳功率转换效率分别为21.83%和31.62%。
2022-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Halide-Perovskite Resonant Nanophotonics
卤化物钙钛矿是近年来出现的一种在光电子学和光电子学中有广泛应用前景的材料。最近的研究表明，由于低成本的制造，高值的折射率，激子在室温下的存在，宽带带隙的可调谐性，高的光学增益和非线性响应，以及它们与其他类型的结构的集成的简单性，它们的光学性能先进的纳米光子器件的设计许多新的机会。本文综述了近年来纳米结构钙钛矿晶体光学效应的研究进展及其潜在应用。
2018-07-13 physics.app-ph physics.optics
Breaking 1.7V open circuit voltage in large area transparent perovskite solar cells using bulk and interfaces passivation
本研究针对透明钙钛矿电池电压亏损高、大面积制备难的问题，开发二维钝化策略，实现1cm²器件1.73V高Voc与5.72的创纪录光利用效率，验证了大面积组件可扩展性及物联网应用潜力。
2024-01-31 physics.app-ph
Bridging the gap between photovoltaics R&D and manufacturing with data-driven optimization
新型光致发光材料，如钙钛矿和钙钛矿启发的材料，由于高效率和潜在的低制造成本，已经显示出很大的前景。到目前为止，太阳能电池的研发主要集中在实现创纪录的效率上，这一过程通常会导致小批量，大差异，以及对性能不佳的物理原因的理解有限。这种方法在时间和资源上是密集的，并且忽略了工业生产的许多相关因素，特别是对高再现性和高制造产量的需求，以及伴随的对物理见解的需求。记录效率范式在早期研发阶段是有效的，但不适合工业翻译，需要在工业环境中重复优化过程。优化目标之间的这种不匹配，加上物理根本原因分析的复杂性，导致将新技术转移到市场的时间长达十年。基于最近的机器学习和技术经济进步，我们的观点阐明了一个数据驱动的优化框架，以桥接研发和制造优化方法。我们通过考虑两个额外的维度扩展了最大效率优化范式：技术经济的品质因数和可扩展的物理推理。我们的框架自然地将技术开发的不同阶段与共享的优化目标相结合，并通过提供物理见解来加速优化过程。
2020-04-28 physics.app-ph
A microstructural analysis of 2D halide perovskites: Stability and functionality
最近的观察表明，钙钛矿材料的光电转换特性与其中超晶格结构和其他不寻常的纳米尺度特征的存在密切相关。低维或混合维卤化物钙钛矿家族被发现是比三维卤化物钙钛矿更有效的器件应用材料。钙钛矿太阳能电池的出现，由于其灵活的结构和快速提高的效率，彻底改变了太阳能电池行业。调节介电常数、电荷分离是设计可以使用二维钙钛矿家族开发的光伏器件的主要目标。因此，重新审视钙钛矿晶体的基本性质可以揭示进一步认识这些改进对器件功能的可能性。在此背景下，本文讨论了二维卤化物钙钛矿的材料特性和相关的光电子器件，特别是针对太阳能电池的应用。
2021-04-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A dynamic picture of energy conversion in photovoltaic devices
对新兴的光致发光器件如有机和钙钛矿太阳能电池的研究最近表明，光生载流子的分离与被照射器件内的非热相干振荡相关。我们认为这个实验证据的光的结果从理论的开放量子系统，点需要一个自振荡的内部电容器，作为一个微观活塞，解释如何照明太阳能电池作为一个自主的热机。我们提出了一个图片的工作提取光伏器件，取代了准静态的描述，在文献中流行。最后，我们认为，这种凝聚态物理和量子热力学之间的对话可能会提供一个新的能量转换器的设计指导。
2019-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.app-ph
