钙钛矿太阳电池空气中低温刮涂制备中的微环境控制机理研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:61904048
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:23.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:F0403.半导体光电子器件与集成
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
As a typical high-throughput printing technique, blade-coating has developed rapidly in perovskite solar cell (PSC) community in the past few years. However, high substrate temperature approaching 150ºC and uncontrollable micro-environmental factors greatly hinders the scale-up of the blade-coating towards a roll-to-roll process. Based on our previous research, this project intends to integrate an infrared thermal radiation source and a gas-blade that can regulate the surface temperature and liquid drying kinetics of the perovskite precursor solution into a blade coater. The improvement helps to form a stable and controllable microenvironment on the surface of the perovskite precursor solution. Then, an in-depth and systematic research and analysis on dynamic mechanism of the nucleation and crystal growth of the perovskite controlled by the micro-environmental factors, such as temperature and gas-flow will be carried out. Based on the mechanism, the crystallization and film-formation of perovskite can be optimized through rational regulation of the micro-environmental factors. Accordingly, high-quality perovskite films and high-efficiency perovskite solar cells are expected to be achieved through low-temperature blade-coating method in ambient air. This project opens up new ways of tuning morphology and structuring the blade-coated perovskites and promotes the development of PSCs processed by blade-coating method. .Expected outcomes: 5 SCI papers published, and 2 patents applied.
近几年来刮涂作为一种高通量印刷技术在钙钛矿太阳电池领域获得了快速的发展。然而,过高的基底温度和微环境因子不可控等问题极大地限制了刮涂在钙钛矿太阳电池领域的进一步发展。基于前期的研究成果,本项目拟在传统的刮涂工艺中加装可以调控钙钛矿前驱体溶液表面温度和流体干燥动力学的红外热辐射光源和气刀装置。二者的引入可在钙钛矿表面形成一个稳定且可控的表面微环境。以此为基础,申请人拟深入、系统研究温度和气流等微环境因子调控钙钛矿成核与晶体生长动力学过程的微观机制;并通过合理调控微环境因子优化钙钛矿的成核与晶体生长过程,提高钙钛矿结晶与成膜质量,实现高质量钙钛矿薄膜和高效钙钛矿太阳电池在空气中的低温刮涂制备。本项目的成功实施将为空气中钙钛矿薄膜结晶质量优化和微观形貌控制提供新的研究思路,并推动钙钛矿太阳电池刮涂技术的发展。 .预期成果:发表高质量SC论文5篇,发明专利2份。
结项摘要
刮涂制备钙钛矿薄膜过程中,高温基底可以加快溶剂的挥发速率,促进钙钛矿的成核、晶体生长,同时在钙钛矿薄膜上表面形成一个相对干燥的微观环境减少湿气对钙钛矿结晶和成膜的破坏。然而较高的基底温度(~150℃)具有较大的安全隐患,同时也会降低钙钛矿在膜厚方向上的结晶均匀性,降低器件效率和可重复性。此外,与刮涂兼容的表界面缺陷钝化技术的欠缺也在一定程度上制约了钙钛矿太阳电池的规模化生产。.针对以上问题,本项目首先深入研究了刮涂工艺中前驱体溶液组分对钙钛矿结晶和溶剂干燥动力学的影响机制,研发出一套氮气流辅助的高质量钙钛矿常温刮涂技术,在常温和空气(RH≤50%)条件下实现了高效钙钛矿太阳电池的刮涂制备。在此基础上,本项目对双离子型复合物界面钝化材料(HETACl)在钙钛矿表面诱发形成球状晶体的内在物理化学机制进行了深入研究,通过引入与HETACl结构相似的BTACl,在钙钛矿表面采用印刷工艺实现了纳米级的表面缺陷钝化,制备出效率超过20%,且具有良好稳定性的钙钛矿太阳电池器件。随后,本项目研究了高质量C60薄膜溶液法快速加工以及高效钙钛矿太阳电池的低成本全印刷制备方案,制备出效率超过18%的全印刷钙钛矿太阳电池(除上电极)。与此同时,本项目还通过组分工程探索和筛选了一系列与刮涂工艺兼容的各类添加剂和界面优化技术,有效提高了钙钛矿太阳电池效率和稳定性。相关研究结果对钙钛矿前驱体设计与合成、钙钛矿表界面缺陷钝化,以及钙钛矿太阳电池结构优化,提供了理论基础和工艺支持,并有望推动以高通量印刷为基础的高效、稳定钙钛矿太阳电池的产业化发展。本项目执行期间,以通讯作者共发表高水平科研论文9篇,申请专利1项。以青基研究成果为基础,获批国家自然科学基金面上项目1项。
项目成果
期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Back-Contact Ionic Compound Engineering Boosting the Efficiency and Stability of Blade-Coated Perovskite Solar Cells
背接触离子化合物工程提高刀片涂层钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性
- DOI:10.1021/acsami.2c07552
- 发表时间:2022
- 期刊:ACS Applied Materials & Interfaces
- 影响因子:9.5
- 作者:Zhaohui Yu;Junlei Tao;Jinliang Shen;Zhongzhong Jia;Hua Zhong;Song Yin;Xudong Liu;Mingxuan Liu;Guangsheng Fu;Shaopeng Yang;Weiguang Kong
- 通讯作者:Weiguang Kong
Additive Engineering for Efficient and Stable MAPbI3-Perovskite Solar Cells with an Efficiency of over 21%
Additive%20Engineering%20for%20Efficient%20and%20Stable%20MAPbI3-Perovskite%20Solar%20Cells%20with%20an%20Efficiency%20of%20over%2021%
- DOI:10.1021/acsami.1c13136
- 发表时间:2021
- 期刊:ACS Applied Materials & Interfaces
- 影响因子:--
- 作者:Junlei Tao;Zhiwen Wang;Hongwei Wang;Jinliang Shen;Xiaoni Liu;Jingwei Xue;Hansong Guo;Guangsheng Fu;Weiguang Kong;Shaopeng Yang
- 通讯作者:Shaopeng Yang
Multifunctional molecular incorporation boosting the efficiency and stability of the inverted perovskite solar cells
多功能分子掺入提高倒置钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性
- DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.229449
- 发表时间:2021
- 期刊:Journal of Power Sources
- 影响因子:9.2
- 作者:Zhiwen Wang;Junlei Tao;Jinliang Shen;Weiguang Kong;Zhaohui Yu;Anyi Wang;Guangsheng Fu;Shaopeng Yang
- 通讯作者:Shaopeng Yang
Precursor Formula Engineering Enabling High Quality Solution Processed C60 Films for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cellsprecursor Formula Engineering Enabling High Quality Solution Processed C60 Films for Efficient and Stable Inverted Per
前驱体配方工程实现高质量溶液加工 C60 薄膜,实现高效稳定的倒置钙钛矿太阳能电池前驱体配方工程实现高质量溶液加工 C60 薄膜,实现高效稳定的倒置钙钛矿太阳能电池
- DOI:10.2139/ssrn.4033127
- 发表时间:2022
- 期刊:Chemical Engineering Journal
- 影响因子:15.1
- 作者:Zhongzhong Jia;Hua Zhong;Jinliang Shen;Zhaohui Yu;Junlei Tao;Song Yin;Xudong Liu;Shi Chen;Shaopeng Yang;Weiguang Kong
- 通讯作者:Weiguang Kong
Surface treatment of the perovskite via self-assembled dipole layer enabling enhanced efficiency and stability for perovskite solar cells
通过自组装偶极子层对钙钛矿进行表面处理,提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性
- DOI:10.1016/j.apsusc.2022.154365
- 发表时间:2022
- 期刊:Applied Surface Science
- 影响因子:6.7
- 作者:Hua Zhong;Zhongzhong Jia;Jinliang Shen;Zhaohui Yu;Song Yin;Xudong Liu;Guangsheng Fu;Shi Chen;Shaopeng Yang;Weiguang Kong
- 通讯作者:Weiguang Kong
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- 通讯作者:赵文献
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- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:商丘师范学院学报
- 影响因子:--
- 作者:陈荣祥;孔伟光;张朋飞;赵文献
- 通讯作者:赵文献
新型胡椒醛基氮杂环丙基二正丙基三级醇手性配体的合成与表征
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:商丘师范学院学报
- 影响因子:--
- 作者:张朋飞;赵瑞娟;孔伟光;赵文献
- 通讯作者:赵文献
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