无机非铅钙钛矿太阳能电池研究进展

顾津宇 齐朋伟 彭扬

引用本文: 顾津宇,  齐朋伟,  彭扬. 无机非铅钙钛矿太阳能电池研究进展[J]. 物理化学学报, 2017, 33(7): 1379-1389. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704182 shu
Citation:  GU Jin-Yu,  QI Peng-Wei,  PENG Yang. Progress on the Development of Inorganic Lead-Free Perovskite Solar Cells[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(7): 1379-1389. doi: 10.3866/PKU.WHXB201704182 shu

无机非铅钙钛矿太阳能电池研究进展

  • 基金项目:

    江苏省自然科学基金(BK20160323)资助项目

摘要: 钙钛矿太阳能电池因其光吸收效率高、载流子寿命长、晶格缺陷容忍度高、能带可调等优点得到迅速发展,在短短几年内其太阳能转化效率已经达到22.1%。然而,在人们看到钙钛矿太阳能电池广阔发展前景的同时,其铅毒性和不稳定性严重限制了它的应用推广。无机非铅钙钛矿太阳能电池(ABX3、A2BB'X6等)利用Sn、Ge、Bi、Ag等金属取代铅,以Cs、Rb等取代甲胺有希望解决目前钙钛矿太阳能电池的毒性和稳定性问题。本文主要对近几年无机非铅钙钛矿太阳能电池的研究现状做一个分析总结,并对其发展前景进行展望。

English

    1. [1]

      (1) Kojima, A.; Teshima, K.; Shirai, Y.; Miyasaka, T. J. Am. Chem. Soc.2009, 131, 6050. doi: 10.1021/ja809598r

    2. [2]

      (2) Im, J. H.; Lee, C. R.; Lee, J. W.; Park, S. W.; Park, N. G. Nanoscale 2011, 3, 4088. doi: 10.1039/c1nr10867k

    3. [3]

      (3) Green, M. A.; Ho-Baillie, A.; Snaith, H. J. Nat. Photonics 2014, 8, 506. doi: 10.1038/nphoton.2014.134

    4. [4]

      (4) Kim, H. S.; Lee, C. R.; Im, J. H.; Lee, K. B.; Moehl, T.; Marchioro, A.; Moon, S. J.; Humphry-Baker, R.; Yum, J. H.; Moser, J. E.; Grätzel, M.; Park, N. G. Sci. Rep. 2012, 2, 591. doi: 10.1038/srep00591

    5. [5]

      (5) Niu, G.; Guo, X.; Wang, L. J. Mater. Chem. A. 2015, 3, 8970. doi: 10.1039/C4TA04994B

    6. [6]

      (6) Hao, F.; Stoumpos, C. C.; Cao, D. H.; Chang, R. P. H.; Kanatzidis, M.G. Nat. Photonics 2014, 8, 489. doi: 10.1038/nphoton.2014.82

    7. [7]

      (7) Im, J.; Stoumpos, C. C.; Jin, H.; Freeman, A. J.; Kanatzidis, M. G. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 3503. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b01738

    8. [8]

      (8) Yamada, K.; Nakada, K.; Takeuchi, Y.; Nawa, K.; Yamane, Y. Bull. Chem. Soc. Jp. 2011, 84, 926. doi: 10.1246/bcsj.20110075

    9. [9]

      (9) Chiarella, F.; Zappettini, A.; Licci, F.; Borriello, I.; Cantele, G.; Ninno, D.; Cassinese, A.; Vaglio, R. Phys. Rev. B 2008, 77, 045129. doi:10.1103/PhysRevB.77.045129

    10. [10]

      (10) Yin, W. J.; Shi, T.; Yan, Y. Adv. Mater. 2014, 26, 4653. doi: 10.1002/adma.201306281

    11. [11]

      (11) Yin, W. J.; Shi, T.; Yan, Y. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 063903. doi: 10.1063/1.4864778

    12. [12]

      (12) Amat, A.; Mosconi, E.; Ronca, E.; Quarti, C.; Umari, P.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M.; De Angelis, F. Nano Lett. 2014, 14, 3608. doi: 10.1021/nl5012992

    13. [13]

      (13) Huang, L. Y.; Lambrecht, W. R. L. Phys. Rev. B 2016, 93, 195211. doi: 10.1103/PhysRevB.93.195211

    14. [14]

      (14) Hao, F.; Stoumpos, C. C.; Chang, R. P. H.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 8094. doi: 10.1021/ja5033259

    15. [15]

      (15) Lin, G.; Lin, Y.; Huang, H.; Cui, R.; Guo, X.; Liu, B.; Dong, J.; Guo, X.; Sun, B. Nano Energy 2016, 27, 638. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.08.015

    16. [16]

      (16) Feng, J. Appl. Mater. 2014, 2, 081801. doi: 10.1063/1.4885256

    17. [17]

      (17) Scaife, D. E.; Weller, P. F.; Fisher, W. G. J. Solid State Chem. 1974, 9, 308. doi: 10.1016/0022-4596(74)90088-7

    18. [18]

      (18) Yamada, K.; Funabiki, S.; Horimoto, H.; Matsui, T.; Okuda, T.; Ichiba, S. Chem. Lett. 1991, 801. doi: 10.1246/cl.1991.801

    19. [19]

      (19) Chung, I.; Song, J. H.; Im, J.; Androulakis, J.; Malliakas, C. D.; Li, H.; Freeman, A. J.; Kenney, J. T.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8579. doi: 10.1021/ja301539s

    20. [20]

      (20) Shum, K.; Chen, Z.; Qureshi, J.; Yu, C.; Wang, J. J.; Pfenninger, W.; Vockic, N.; Midgley, J.; Kenney, J. T. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 221903. doi: 10.1063/1.3442511

    21. [21]

      (21) Chen, Z.; Yu, C.; Shum, K.; Wang, J. J.; Pfenninger, W. N.; Vockic;Midgley, J.; Kenney, J. T. J. Luminescence 2012, 132, 345. doi: 10.1016/j.jlumin.2011.09.006

    22. [22]

      (22) Xing, G.; Kumar, M. H.; Chong, W. K.; Liu, X.; Cai, Y.; Ding, H.; Asta, M.; Grätzel, M.; Mhaisalkar, S.; Mathews, N.; Sum, T. C. Adv. Mater. 2016, 28, 8191. doi: 10.1002/adma.201601418

    23. [23]

      (23) Wang, N.; Zhou, Y.; Ju, M. G.; Garcès, H. F.; Ding, T.; Pang, S.; Zeng, X. C.; Padture, N. P.; Sun, X. W. Adv. Energy Mater. 2016, 160, 1130. doi: 10.1002/aenm.201601130

    24. [24]

      (24) Xu, P.; Chen, S.; Xiang, H. J.; Gong, X. G.; Wei, S. H. Chem. Mater. 2014, 26, 6068. doi: 10.1021/cm503122j

    25. [25]

      (25) Kumar, M. H.; Dharani, S.; Leong, W. L.; Boix, P. P.; Prabhakar, R. R.; Baikie, T.; Shi, C.; Ding, H.; Ramesh, R.; Asta, M.; Grätzel, M.; Mhaisalkar, S. G.; Mathews, N. Adv. Mater. 2014, 26, 7122. doi: 10.1002/adma.201401991

    26. [26]

      (26) Sabba, D.; Mulmudi, H. K.; Prabhakar, R. R.; Krishnamoorthy, T.; Baikie, T.; Boix, P. P.; Mhaisalkar, S.; Mathews, N. J. Phys. Chem.C.2015, 119, 1763. doi: 10.1021/jp5126624

    27. [27]

      (27) Peedikakkandy, L.; Bhargava, P. RSC Adv. 2016, 6, 19857. doi: 10.1039/c5ra22317b

    28. [28]

      (28) Seo, D. K.; Gupta, N.; Whangbo, M. H.; Hillebrecht, H.; Thiele, G. Inorg Chem. 1998, 37, 407. doi: 10.1021/ic970659e

    29. [29]

      (29) Thiele, G.; Rotter, H. W.; Schmidt, K. D. Zeitschrift Fur Anorganische Und Allgemeine Chemie 1987, 545, 148. doi: 10.1002/zaac.19875450217

    30. [30]

      (30) Stoumpos, C. C.; Frazer, L.; Clark, D. J.; Kim, Y. S.; Rhim, S. H.; Freeman, A. J.; Ketterson, J. B.; Jang, J. I.; Kanatzidis, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 6804. doi: 10.1021/jacs.5b01025

    31. [31]

      (31) Krishnamoorthy, T.; Ding, H.; Yan, C.; Leong, W. L.; Baikie, T.; Zhang, Z.; Sherburne, M.; Li, S.; Asta, M.; Mathews, N.; Mhaisalkar, S. G. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 23829. doi: 10.1039/c5ta05741h

    32. [32]

      (32) Ming, W.; Shi, H.; Du, M. H. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 13852. doi: 10.1039/c6ta04685a

    33. [33]

      (33) Chen, F. S. J. Appl. Phys. 1969, 40, 3389. doi: 10.1063/1.1658195

    34. [34]

      (34) Choi, T.; Lee, S.; Choi, Y. J.; Kiryukhin, V.; Cheong, S. W. Science 2009, 324, 63. doi: 10.1126/science.1168636

    35. [35]

      (35) Chakrabartty, J. P.; Nechache, R.; Harnagea, C.; Rosei, F. Opt. Exp. 2014, 22, 80. doi: 10.1364/oe.22.000a80

    36. [36]

      (36) Yang, S. Y.; Martin, L. W.; Byrnes, S. J.; Conry, T. E.; Basu, S. R.; Paran, D.; Reichertz, L.; Ihlefeld, J.; Adamo, C.; Melville, A.; Chu, Y.H.; Yang, C. H.; Musfeldt, J. L.; Schlom, D. G.; Ager, J. W., III;Ramesh, R. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 062909. doi: 10.1063/1.3204695

    37. [37]

      (37) Qu, T. L.; Zhao, Y. G.; Xie, D.; Shi, J. P.; Chen, Q. P.; Ren, T. L. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 173507. doi: 10.1063/1.3584031

    38. [38]

      (38) Guo, Y.; Guo, B.; Dong, W.; Li, H.; Liu, H. Nanotechnology 2013, 24, 275201. doi: 10.1088/0957-4484/24/27/275201

    39. [39]

      (39) Bhatnagar, A.; Chaudhuri, A. R.; Kim, Y. H.; Hesse, D.; Alexe, M. Nat. Commun. 2013, 4, 2835. doi: 10.1038/ncomms3835

    40. [40]

      (40) Nechache, R.; Harnagea, C.; Li, S.; Cardenas, L.; Huang, W.; Chakrabartty, J.; F. Rosei. Nat. Photonics 2015, 9, 61. doi: 10.1038/nphoton.2014.255

    41. [41]

      (41) Kamba, S.; Nuzhnyy, D.; Nechache, R.; Zaveta, K.; Niznansky, D.; Santava, E.C.; Harnagea; Pignolet, A. Phys. Rev. B 2008, 77, 104111. doi: 10.1103/PhysRevB.77.104111

    42. [42]

      (42) Nechache, R.; Cojocaru, C. V.; Harnagea, C.; Nauenheim, C.; Nicklaus, M.; Ruediger, A.; Rosei, F.; Pignolet, A. Adv. Mater. 2011, 23, 1724. doi: 10.1002/adma.201004405

    43. [43]

      (43) McClure, E. T.; Ball, M. R.; Windl, W.; Woodward, P. M. Chem. Mater.2016, 28, 1348. doi: 10.1021/acs.chemmater.5b04231

    44. [44]

      (44) Volonakis, G.; Filip, M. R.; Haghighirad, A. A.; Sakai, N.; Wenger, B.; Snaith, H. J.; Giustino, F. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 1254. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b00376

    45. [45]

      (45) Xiao, Z.; Meng, W.; Wang, J.; Yan, Y. ChemSusChem 2016, 9, 2628. doi: 10.1002/cssc.201600771

    46. [46]

      (46) Filip, M. R.; Hillman, S.; Haghighirad, A. A.; Snaith, H. J.; Giustino, F. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 2579. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b01041

    47. [47]

      (47) Slavney, A. H.; Hu, T.; Lindenberg, A. M.; Karunadasa, H. I. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2138. doi: 10.1021/jacs.5b13294

    48. [48]

      (48) Gou, G.; Young, J.; Liu, X.; Rondinelli, J. M. Inorg. Chem. 2016, 56, 26. doi: 10.1021/acs.inorgchem.6b01701

    49. [49]

      (49) Saparov, B.; Sun, J. P.; Meng, W.; Xiao, Z.; Duan, H. S.; Gunawan, O.; Shin, D.; Hill, I. G.; Yan, Y.; Mitzi, D. B. Chem. Mater. 2016, 28, 2315. doi: 10.1021/acs.chemmater.6b00433

    50. [50]

      (50) Kaltzoglou, A.; Antoniadou, M.; Perganti, D.; Siranidi, E.; Raptis, V.; Trohidou, K.; Psycharis, V. A.; Kontos, G.; Falaras, P. Electrochim. Acta 2015, 184, 466. doi: 10.1016/j.electacta.2015.10.030

    51. [51]

      (51) Lee, B.; Stoumpos, C. C.; Zhou, N.; Hao, F.; Malliakas, C.; Yeh, C. Y.; Marks, T. J.; Kanatzidis, M. G.; Chang, R. P. H. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 15379. doi: 10.1021/ja508464w

    52. [52]

      (52) Qiu, X.; Cao, B.; Yuan, S.; Chen, X.; Qiu, Z.; Jiang, Y.; Ye, Q.; Wang, H.; Zeng, H.; Liu, J.; Kanatzidis, M. G. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2017, 159, 227. doi: 10.1016/j.solmat.2016.09.022

    53. [53]

      (53) Qiu, X.; Jiang, Y.; Zhang, H.; Qiu, Z.; Yuan, S.; Wang, P.; Cao, B. Phys. Status Solidi-Rapid Res. Lett. 2016, 10, 587. doi: 10.1002/pssr.201600166

    54. [54]

      (54) Lehner, A. J.; Fabini, D. H.; Evans, H. A.; Hebert, C. A.; Smock, S. R.; Hu, J.; Wang, H.; Zwanziger, J. W.; Chabinyc, M. L.; Seshadri, R. Chem. Mater. 2015, 27, 7137. doi: 10.1021/acs.chemmater.5b03147

    55. [55]

      (55) Park, B. W.; Philippe, B.; Zhang, X.; Rensmo, H.; Boschloo, G.; Johansson, E. M. J. Adv. Mater. 2015, 27, 6806. doi: 10.1002/adma.201501978

    56. [56]

      (56) Saparov, B.; Hong, F.; Sun, J. P.; Duan, H. S.; Meng, W. W.; Cameron, S.; Hill, I. G.; Yan, Y. F.; Mitzi, D. B. Chem. Mater. 2015, 27, 5622. doi: 10.1021/acs.chemmater.5b01989

    57. [57]

      (57) Kim, Y.; Yang, Z.; Jain, A.; Voznyy, O.; Kim, G. H.; Liu, M.; Quan, L.N.; de Arquer, F. P. G.; Comin, R.; Fan, J. Z.; Sargent, E. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9585. doi: 10.1002/anie.201603608

    58. [58]

      (58) Xiao, Z.; Meng, W.; Mitzi, D. B.; Yan, Y. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 3903. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b01834

    59. [59]

      (59) Johansson, M. B.; Zhu, H.; Johansson, E. M. J. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 3467. doi: 10.1021/acs.jpclett.6b01452

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  12
  • 文章访问数:  1073
  • HTML全文浏览量:  199
文章相关
  • 发布日期:  2017-04-18
  • 收稿日期:  2016-12-15
  • 修回日期:  2016-12-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章