电雾化喷印钙钛矿吸收层的雾化结晶过程研究及在太阳能电池中的应用
结题报告
批准号:
51705410
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
罗钰
依托单位:
学科分类:
E0512.微纳机械系统
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹瑞军、高崐、冯辽渊、冯学明、魏文骞
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中文摘要
在钙钛矿太阳能电池的发展过程中, 制造方法的简单高效、高性能吸收层薄膜的制备及可重现性、制备面积的扩大、以及器件的稳定性均是亟待解决的关键问题。电雾化喷印成膜技术相对于常规的钙钛矿吸收层制备工艺有着可控性强、设备简单、大面积应用等优势。本项目提出了两步法电雾化喷印制备钙钛矿吸收层的工艺路线,围绕沉积过程中的电场、流场、热场等雾化成膜过程中的关键问题展开研究并形成一定的优化控制方案,如通过在喷头下方增加环状电极提高PbI2雾化均匀性同时扩大雾化面积,使PbI2在基底形成多孔的骨架结构,令前体间快速渗透反应并生成大尺度高覆盖率吸收层晶体,有利于光吸收和载流子的传输;另外,本项目拟将总结出的电雾化控制模型应用到石墨烯等其他功能层材料的制备,实现电池的一体化电雾化喷印制造。本项目的研究内容将有助于解决钙钛矿太阳能电池制造领域的技术瓶颈,推动其制造技术发展,为其规模化和商业化提供新的制造途径。
英文摘要
In development of perovskite solar cells (PSCs) to the industrialization, some key issues are ugently needed to be solved,such as simple and efficient fabricating methods and the reproducibility for the high-performance absorption layer thin-films, the large area application and the stability of the devices in high humidity environment. The Electrohydrodynamic Atomization (EHDA) technology has advtantages such as controllable, easily achieved, potential in large area application and so on. This project proposes a two-step solution method based on EHDA for preparing the absorption layer of PSCs. The research will be carried out around the electric field flow field, thermal field and other issues which are taking major roles in the crystallization process of absorption layer. The optimized controlling model will be established. For example: a conductive ring will be integrated to the nozzle to homogenize the PbI2 droplets and increased the atomization area, leading to form a porous skeleton structure that can help with rapid infiltration reaction between MAI , high coverage absorption layer crystal can be formed in consequence. In addition, electric atomization control model established can be further used in graphene and other functional layers, so that the integrated fabricating strategy for PSCs through EHDA will be realized. The research content of this project is helpful to solve the technical bottleneck in the field of PSCs, will promote the development of manufacturing technology, and will provide a new manufacturing path for commercialization.
钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)因其成本低廉、制备工艺简单、光电转化效率高等特点,近几年得到了广泛关注。PSCs使用有机-无机杂化钙钛矿材料做光吸收层,薄膜微观形貌和结晶性是影响PSCs光电性能的决定性因素。利用常规两步溶液法连续沉积制备钙钛矿吸收层时,存在PbI2转化转化不完全,钙钛矿晶体尺寸小,薄膜表面覆盖率低等问题,影响PSCs器件光电性能。本项目首次提出了材料利用率高、基底兼容性强且具有大面积制备潜力的电雾化沉积法制备具有多孔结构PbI2骨架层,增大PbI2与MAI的反应接触面积,并采用浸泡MAI溶液方式,快速完成PbI2的转化,形成表面平整且大尺寸钙钛矿晶体,以实现PSCs光电性能的提升。电雾化-浸泡工艺改善钙钛矿太阳能电池光电性能的测试分析。基于电雾化-浸泡法和旋涂-浸泡法制备的钙钛矿薄膜,研究了其对PSCs光电性能的影响,器件结构为:Glass/(光阳极)ITO/空穴传输层(Poly-TPD)/ 钙钛矿(CH3NH3PbI3)/电子传输层(PCBM)/对电极(Ag)。结果表明:吸收层是采用电雾化-浸泡法制备的器件,具有更高的短路电流、开路电压、光电转化效率和稳定性,电子传输性能得到了提高,降低了电荷界面复合,得到最高13.9%光电转化效率,相比旋涂-浸泡法得到的平均9%的光电转化效率,器件性能得到了明显提升。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Fabrication of microlens array with controllable high NA and tailored optical characteristics using confined ink-jetting
使用受限喷墨制造具有可控高数值孔径和定制光学特性的微透镜阵列
DOI:10.1016/j.apsusc.2018.01.253
发表时间:2018-06-01
期刊:APPLIED SURFACE SCIENCE
影响因子:6.7
作者:Wang, Li;Luo, Yu;Lu, Bingheng
通讯作者:Lu, Bingheng
Silk fibroin based transparent and wearable humidity sensor for ultra-sensitive respiration monitoring
基于丝素蛋白的透明可穿戴湿度传感器,用于超灵敏呼吸监测
DOI:10.1016/j.matlet.2019.126945
发表时间:2020-02-01
期刊:MATERIALS LETTERS
影响因子:3
作者:Luo, Yu;Pei, Yuechen;Wang, Li
通讯作者:Wang, Li
Triboelectric nanogenerators with porous and hierarchically structured silk fibroin films via water electrospray-etching technology
通过水电喷雾蚀刻技术制备具有多孔和分层结构丝素蛋白薄膜的摩擦纳米发电机
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104974
发表时间:2020-09
期刊:Nano Energy
影响因子:17.6
作者:Yu Luo;Yingtao Li;Xueming Feng;Yuechen Pei;Zhaofa Zhang;Li Wang;Yulong Zhao;Bingheng Lu;Bicheng Zhu
通讯作者:Bicheng Zhu
Efficiency enhancement of flexible OLEDs by using nano-corrugated substrates and conformal Ag transparent anodes
使用纳米波纹基板和保形银透明阳极提高柔性 OLED 的效率
DOI:10.1063/1.5034484
发表时间:2018-05
期刊:AIP Advances
影响因子:1.6
作者:Wang Li;Luo Yu;Feng Xueming;Pei Yuechen;Lu Bingheng;Cheng Shenggui
通讯作者:Cheng Shenggui
Accelerated refilling speed in rapid stereolithography based on nano-textured functional release film
基于纳米纹理功能离型膜的快速立体光刻加速再填充速度
DOI:10.1016/j.addma.2019.100791
发表时间:2019-10
期刊:Additive Manufacturing
影响因子:11
作者:Wang Li;Luo Yu;Yang Zhiqiang;Dai Wanjing;Liu Xiaoyang;Yang Jingyuan;Lu Bingheng;Chen Lijia
通讯作者:Chen Lijia
微纳金柱阵列的空间电场限域3D打印成型机制与方法
  • 批准号:
    52375574
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    罗钰
  • 依托单位:
全喷墨打印的高灵敏度COVID-19双检测FET传感器
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    150万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    罗钰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金