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双面进光太阳能电池透明对电极研究进展

杨英 ,  陈甜 ,  潘德群 ,  张政 ,  郭学益

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引用本文: 杨英, 陈甜, 潘德群, 张政, 郭学益. 双面进光太阳能电池透明对电极研究进展[J]. 化学学报, 2018, 76(9): 681-690. doi: 10.6023/A18050197 shu
Citation:  Yang Ying, Chen Tian, Pan Dequn, Zhang Zheng, Guo Xueyi. Research Progress of Bifacial Solar Cells with Transparent Counter Electrode[J]. Acta Chimica Sinica, 2018, 76(9): 681-690. doi: 10.6023/A18050197 shu

双面进光太阳能电池透明对电极研究进展

  • a.

    中南大学 冶金与环境学院 长沙 410083

  • b.

    有色金属资源循环利用湖南省重点实验室 长沙 410083

  • c.

    有色金属资源循环利用湖南省工程研究中心 长沙 410083

    • 作者简介: 杨英, 副教授, 武汉大学博士毕业.长期从事材料物理化学及新能源材料与器件的科研工作, 对固态高分子电解质以及固态染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池及钙钛矿太阳能电池有夯实的理论和实践基础.于2013~2014年间在美国怀俄明大学完成博士后研究工作.现工作于中南大学冶金与环境学院.主要研究方向:新能源材料与器件;



    郭学益, 教授, 1995于中南大学获得博士学位.1997年完成博士后研究工作, 1999~2000年在日本佐贺大学理工学部机能物质化学科担任研究员, 2000~2003年在日本东京大学国际产学共同研究中心担任客员教授.现工作于中南大学冶金与环境学院.主要研究方向:资源循环利用及环境材料;
    通讯作者: 郭学益, E-mail: xyguo@csu.edu.cn; Tel.: 0731-88877863
  • 基金项目:

    项目受国家自然科学基金（No.61774169）、中南大学创新驱动计划项目（No.2016CX022）、留学回国基金资助以及湖南省自然科学基金（No.2016JJ3140）、中南大学研究生创新项目（Nos.1053320170116，1053320170565）和中南大学本科生创新项目（Nos.cx20170271，201710533300）资助

摘要: 近年来，太阳能电池（包括染料敏化、量子点敏化及钙钛矿太阳能电池）因其成本低、质量轻、效率高受到研究人员的广泛关注.双面进光太阳能电池是太阳光能通过光阳极以及透明对电极同时入射的器件，是近年来扩宽太阳能电池光利用率及能效以达到提高器件光电性能的主要手段，其中透明对电极的性能直接影响器件的背面进光效率，因此研究对电极对提高双面进光太阳能电池光电转化效率十分必要.本文针对传统对电极透光性低，成本高，光利用率低等问题，与双面进光的高光电转换效率以及低成本等特点对比，综合分析了透明对电极材料的选择及界面修饰改性等对双面进光染料敏化、量子点敏化及钙钛矿太阳能电池光电性能的影响及其应用前景.

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  • 1.   引言

    太阳能电池是包含纳米晶氧化物半导体[1, 2]薄膜在内的光伏器件, 它包括染料敏化(DSSCs)、量子点[3]敏化(QDSCs)以及钙钛矿太阳能电池(PSCs).传统结构的太阳能电池由光阳极、电解质或空穴传输层[4]、对电极组成, 太阳光从光阳极入射, 对电极一般由不透明的材料组成(如贵金属薄膜、C薄膜).传统单面进光器件对光的捕捉率低、成本高, 其光电转化效率还有一定的提升空间[5~7]. 1966年双面进光器件的概念被提出[8], 双面进光器件的优点在于其可大大地提高器件的光利用率, 其能效可相比单面进光器件提高30%~50%;同时其采用透明的有机或无机薄膜作为对电极可有效地降低器件的成本.现有的关于双面进光器件的研究取得了一定的研究进展, 发展了多种透明对电极材料, 应用最广泛的属氧化铟锡(ITO), 这是因为它具有很多优良的特性, 例如高透光性、低电阻率、较强的附着力和耐腐蚀性[9, 10], 但昂贵的成本限制了其大规模应用.为了提高导电性以及降低成本, 人们开始将Zn、Ti和V等不同金属阳离子掺杂到ITO中替代In3+, 提供更多的载流子, 促进氧化物薄膜的晶化[11, 12].然而随着科技的发展, 对于透明对电极要求越来越高, 人们开始发展其他的替代材料.在实际应用中, 需要考虑对电极的柔性, 因此, 电极需要足够薄、重量轻和高弹性, 以便它们可以被拉伸和弯曲而不损害它们的导电性和光学性质.金属纳米线[13, 14], 碳纳米管[15~17], 导电聚合物[18~20]开始被视为潜在的透明对电极材料, 但表面粗糙和不均一性降低了器件的光电性能.石墨烯[21~23]可以解决以上问题, 并且它拥有作为柔性对电极的诸多特性.但依然存在包括背面进光转化效率不高, 两面效率比＜65%等问题, 限制了其实际应用[24~26].针对这些问题, 我们课题组在双面固态染料敏化太阳能电池的透明聚苯胺(PANI)对电极中掺杂两性亲水性聚乙烯吡咯烷酮(PVP), 有效改善电子复合以及透光率, 提高了背面进光转化效率(η), 两面效率比达到85.5%, 效率达到5.81%, 高于Pt的5.70%[27].同时为了进一步提高光利用率提出了基于量子点吸光增强的双面进光双面光响应DSSCs思路[28], 利用能够吸收近红外光的黑磷量子点修饰n型DSSCs对电极, 与光阳极形成互补吸收, 通过器件结构及界面的优化, 双面进光双面光响应DSSCs效率大幅提高将近20%, 接近报道的固态DSSCs最高效率8%~9%[29, 30].本文将针对双面进光太阳能电池透明对电极的研究进展进行综述, 重点阐述透明对电极材料的选择及界面修饰改性对双面器件光电性能的影响, 同时着重从器件结构及机理上阐述双面进光太阳能电池的研究进展.

    2.   双面进光染料敏化太阳能电池

    2.1   双面进光染料敏化太阳能电池原理

    1991年Gratzel课题组[31]制备出光电效率7.1%的染料敏化太阳能电池(DSSCs), 自此之后, DSSCs成为了光伏领域研究的热点. DSSCs主要由光阳极(TiO2/染料), 电解质(通常是I−/I3-)以及对电极组成[32~34].在光的作用下, 染料分子吸收光获得能量, 其电子会被迅速注入到TiO2导带; 电子发生扩散在导电玻璃片上富集, 最终会通过外部电流传输到对电极; 电解质中的I3-得到电子而被还原成I−, 失去电子的染料分子又接着被I−还原成基态, I−随之被氧化成I3-, 从而完成整个循环过程.在整个电化学循环中, 对电极起到将电解质中氧化态I3-还原成还原态I−的重要作用, 其电催化活性、化学稳定性、导电能力等对DSSCs的光伏性能有着很大影响[26].传统结构DSSCs对电极是非透明的(如贵金属Pt), 太阳光只能从正面照射利用一部分光.而双面进光太阳能电池则选择透明薄膜材料作为其对电极.目前应用于双面进光DSSCs中的对电极有Pt[25, 35~37], PANI[38~40], 聚3, 4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)[24, 41, 42], 聚3, 4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT/PSS)[43, 44], PVP[27]等导电聚合物, 纳米碳对电极[45], 石墨烯[46], 硒金属化合物[47~50]等.双面进光太阳能电池工作的关键在于对电极要有足够的透明度即较薄的厚度以保证背面进光率, 同时需保证它的高电催化活性[51, 52]以顺利完成电荷的传输及氧化还原反应.另一方面, 当光线从对电极入射时, 减少电解质对光的吸收也是制备高效双面进光太阳能电池应关注的问题.以下将对双面进光DSSCs透明对电极进行分析.

    2.2   透明Pt及其合金对电极

    Pt对电极的制备方法主要分为电沉积法[53]、磁控溅射法[54]、热分解法[55]等.就Pt对电极而言, Pt的反射率也会影响DSSCs的效率, 价格昂贵也是限制其广泛应用重要因素之一. Lee等[25]ITO上溅射DSSCs纳米Pt膜对电极, 透明度为75%, 有效改善了电荷传输电阻(Rct), 正背面光电效率分别为7.90%, 6.60%. 2014年他们[35]在室温40 ℃下制备出效率为7.47%的DSSCs, 有着良好柔性和稳定性(图 1a和b).为了降低成本, 研究人员尝试掺杂其它金属与Pt形成合金对电极, Zhang等[36]采用电化学方法制备Pt/Mo透明对电极的DSSCs, 结果显示Pt/Mo为1时光电效率最大, 正背面效率分别为6.75%、2.89%;与纯Pt正背面效率6.74%、2.47%相比有略微提高.添加Mo之后对电极传输电阻(Rct)降低, 短路电流密度(Jsc)有所增加(图 1c).效率提高原因在于入射光可被纯铂发光表面反射, 导致透明度降低和激发态染料分子减少, 从而Jsc降低导致了光电效率的降低. Cheng等[37]以1 nm厚铂薄膜对电极组装的DSSCs, 结构如图 1(d)所示, 成功地将正反面效率比提高至80%以上, 高透光率导致高Jsc, 较少Pt缺陷诱导的电荷捕捉产生更高I3-的还原能力, 这主要归因于非晶Pt薄膜退火之后转化成了高度结晶化的Pt薄膜(图 1e和1f).

    图 1

    图 1.  (a) 弯曲的柔性子模块DSSCs照片[35]; (b)基于3-甲氧基(MPN)的Ti箔柔性子模块DSSCs与含不同Pt负载量的对电极(counter electrode简称CE)的长期稳定性[35]; (c)双面DSSCs J-V曲线图[36]; (d)前后双面进光DSSCs示意图[37]; (e) 1 nm厚铂薄膜对电极未退火(f)退火后TEM平面照片[37]
    Figure 1.  (a) Photograph of the bended flexible sub-module DSSCs[35]; (b) Long-term stability of MPN-based Ti foil flexible sub-module-DSSCs with CE containing different loading of Pt[35]; (c) Characteristic J-V curves of bifacial DSSCs from varied CEs for both irradiation under one sun illumination[36]; (d) Schematic of the bifacial DSSCs under front and rear illumination, respectively[37]; (e) Plan-view TEM images of Pt1-nm before annealing; (f) Plan-view TEM images of Pt1-nm after annealing
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    2.3   透明导电聚合物对电极

    为了降低成本, 人们开始寻找其他材料取代Pt贵金属作为透明对电极, 聚苯胺(PANI), 聚3, 4-乙烯二氧噻吩(PEDOT), 聚3, 4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT/PSS)等聚合物有着易于合成、高导电性、绿色环保等特性而脱颖而出.

    2.3.1   聚苯胺透明对电极

    聚苯胺(PANI)的合成方法主要分为电化学聚合法[56]和化学氧化聚合法[57].聚苯胺分子由氧化态和还原态结构组成, 它的导电性由这两种结构比例决定, 只有当两者比例在0~1之间的氧化态经质子酸掺杂之后才会有导电性. Tai等[26]原位合成PANI对电极组装成液态DSSCs(图 2a), 在450~750 nm处表现出74%的透射率以及比较大的电流密度(图 2b和2c). Bahramian等[38]原位聚合纳米纤维状聚苯胺并与珊瑚状TiO2膜组装成液态DSSCs(图 2d), 其正面光电转换效率为7.06%, 反面为3.41%, 双面进光器件效率高达8.22%, 是目前以纳米纤维状聚苯胺为透明对电极的DSSCs中最高效率.纤维状聚苯胺对还原态电解质的高氧化性源于多孔性导致的高比表面积. Wu等[39]用4-氨基苯硫酚改性聚苯胺作为对电极, 将双面DSSCs光电转换效率提高至8.35%, 提高了近24.6%, 其中的4-氨基苯硫酚作为桥联剂弥补了过电压的缺陷从而提高离子的电化学行为.提高PANI基双面进光DSSCs的光电效率还可以从加快对电极的电荷转移和增加活性区域角度入手. He等[40]采用回流法合成PANI-MoS2作为对电极, 实验中PANI-6%wtMoS2的DSSCs双面光电效率高达9.71%, 正反面效率各为7.99%, 3.40%;反面效率分别为6.37%, 1.78%.此实验是利用苯胺中氮原子与MoS2中钼金属原子通过dπ-pπ反键合作用构造连接的原理.聚苯胺作为对电极时需要综合考虑聚苯胺的形貌, 与其他物质的相互作用以及掺杂添加剂的种类和用量等因素, 它们有待于进一步地完善, 进而提高电池的背面光电效率.

    图 2

    图 2.  (a) 大面积双面进光活性透明DSSCs照片[26]; (b)透明PANI电极和N3敏化TiO2薄膜的紫外可见光谱[26]; (c)在AM1.5模拟光照射下(100 mW/cm2)测量的正面(实心圆圈)和背面(实心方块)进光下的基于PANI的双面DSSCs的J-V特性曲线[26]; (d)溶液处理的双面DSSCs结构[38]; (e)制备的双面进光DSSCs结构能级图[38]
    Figure 2.  (a) Digital photograph of a large-area bifacially active transparent DSSCs[26]; (b) UV-vis spectra of transparent PANI electrode and N3 sensitized TiO2 film[26]; (c) J-V characteristics of PANI based bifacial DSSCs under front (solid circle) and rear illumination (solid square) measured at AM1.5 simulated irradiation (mW/cm2)[26]; (d) The solution-processed bifacial DSSCs architecture[38]; (e) Energy level diagram of the prepared bifacial DSSCs structure[38]
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    正如图 2(e)所示, PANI的LUMO能级(2.8 eV)与TiO2导带能级(3.2 eV)是相匹配的, 有利于电子的转移; 另外PANI与染料分子的HOMO能级几乎处于相同位置并在TiO2的价带之上, 这有利于光生空穴的有效传输.当太阳光照射在N719/TiO2上, 光生电子产生, 在PANI的作用下, 外电路电子会被迅速转移到电解质再还原染料.双面进光器件能有效地增加器件中光生电子的浓度, 进而改善器件光电性能.

    基于液态电解质的双面进光DSSCs依然存在稳定性的问题, 我们组采用PVP作为空间稳定剂修饰PANI透明对电极制备固态双面进光DSSCs, 对电极透射率和电流密度大幅提升(图 3b), 双面进光效率为5.81%, 电池的正反面照射效率分别为5.45%, 4.66%, 两面进光效率比为85.5%[27].这项研究突破了双面进光太阳能电池背面效率低的瓶颈, 为提高双面进光器件两面效率比奠定了基础.除此之外, 我们组利用具有窄带隙的黑磷量子点(BPQDs)修饰聚苯胺光阴极, 与TiO2光阳极吸光互补组装成双面进光双面光响应固态DSSCs(图 3c和3d)[28], 值得注意的是与其他单分子染料不同的是, BPQDs不仅可以吸收近红外光, 还可作为电荷传输层, 大大改善了器件光的吸收率、电荷传输以及电子复合, 得到6.85%的光电效率(图 3e).由于BP易于氧气和水反应, 可能造成光电性能的衰减, 图 3f对比了以PANI和PANI/BPQDs光阴极的器件的Jsc, Voc, η随时间的稳定性.该研究不仅为实现宽光谱吸收双面进光DSSCs提供了可行性方法, 而且拓展了溶液处理BP在下一代光伏领域的应用.除了BPQDs, 我们还通过连续离子层吸附法制备Ag2S QDs作为透明PANI对电极光吸收层形成双面进光双面光响应DSSCs, 得到最优的光电效率为6.50%[58].

    图 3

    图 3.  (a) Pt和PVP(4wt%)/PANI CE的UV-可见光透射光谱[27]; (b)基于Pt和PVP(4wt%)/PANI CEs的DSSCs在前, 后和两侧照射下的J-V曲线(来自正面和背面的入射光照射强度分别为96.9和45.6 mW/cm2)[27]; (c)基于BPQDs光阴极的双面DSSCs示意图[28]; (d)显示N719和BPQDs光阴极对光吸收双面DSSCs的能级图[28]; (e)在前部(100 mW/cm2)和后部(45.6 mW/cm2)照射下, 双面n型DSSCs以PANI和PANI/BPQD作为光阴极的J-V曲线[28]; (f)基于PANI和PANI/BPQDs光阴极的双面n型DSSCs的Jsc, Voc和η随时间的稳定性(在100 mW/cm2光强照射下)[28]
    Figure 3.  (a) UV-vis transmittance spectra of Pt and PVP(4wt%)/PANI CEs[27]; (b) J-V curves of DSSCs based on Pt and PVP(4wt%)/PANI CEs under front, rear and both sides illuminations (The incident light irradiation intensities from the front and the rear sides are 96.9 and 45.6 mW/cm2, respectively)[27]; (c) Schematic of a bifacial DSSCs with BPQDs based photocathode[28]; (d) Energy level diagram of the bifacial DSSCs showing light absorption by both the N719 and BPQDs based photocathodes[28]; (e) J-V curves of the bifacial n-type DSSCs with the PANI and PANI/BPQDs as the photocathodes under both front (100 mW/cm2) and rear (45.6 mW/cm2) illumination[28]; (f) Stability of Jsc, Voc and η with time for the bifacial n-type DSSCs based on the PANI and PANI/BPQDs photocathodes under illumination of 100 mW/cm2[28]
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    2.3.2   PEDOT以及PEDOT-PSS透明对电极

    除了聚苯胺对电极, 聚3, 4-亚乙基二氧噻吩(PEDOT)是另一种最常用的透明对电极材料. Chen等[24]制备氮掺杂石墨烯修饰聚3, 4-亚乙基二氧噻吩(NGr/PEDOT)蜂窝状复合膜作为染料敏化太阳能电池的对电极(图 4a), 从正面, 背面照射分别得到8.30%, 5.76%的效率.为了减少电解质对入射光的吸收, Rong等[41]结合PEDOT对电极从电解质入手, 选择离子液体1, 2-二甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物(DMPII)作为电解质组装成DSSCs(图 4b), 发现DMPI+与聚环氧乙烷单元中的氧紧密接触会产生更多的I－, 促进了染料再生以及电荷载体传输.双面进光太阳能电池正面光电转换效率为6.35%, 背面转换效率为4.98%.对比不同聚合电荷密度下合成的PEDOT在400~800 nm范围内透射率和电解质有无碘离子的吸收率, 实验结果表明聚合电荷密度为2 mC/cm2, 透射率高达95%, 无碘电解质(IF-E)无明显吸收(图 4c). Li等[42]采用一种全新的自制聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模板合成出蜂窝状的PEDOT透明对电极, 电化学阻抗谱检测显示蜂窝状结构减少了外电路到电解质的电子传输电阻, 因此正反面效率分别为9.12%, 5.75%, 远高于平面PEDOT的8.05%, 3.78%. PEDOT与PSS混合易溶于水溶液中, Xu等[43]往PEDOT-PSS膜中加入添加剂, 结果表明在550 nm处的透光率为78%~83.5%, 添加IDO, DMSO, PEG-200的PEDOT-PSS膜的正面光电效率分别为5.19%, 5.11%, 5.29%, 而背面效率几乎并没有变化. Song等[44]采用SiO2与PEDOT/PSS的复合物作为对电极, 增强了对电极在长波范围内的吸收, 获得与正面效率相比83%的背面效率.

    图 4

    图 4.  (a) 两步法制备具有NGr/PEDOT复合膜CE[24]; (b)基于无碘聚电解质和PEDOT CE的透明双面DSSCs[41]; (c)不同容量聚合的PEDOT薄膜的透射光谱(右), FTO间的无碘聚电解质(粉红线)和碘电解质(紫线)薄膜吸收光谱[41]
    Figure 4.  (a) Fabrication of a CE with the composite film of NGr/PEDOT by applying a simple two-step procedure[24]; (b) The schematic of transparent bifacial DSSCs based on PEDOT CE and IF-E[41]; (c) Transmittance spectra of the synthesized PEDOT films polymerized with different capacities (right), Absorption spectra of a thin film of IF-E (pink line) and I-E (purple line) confined between two FTO glass substrate (left)[41]
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    2.4   透明硒化合物对电极

    透明聚合物对电极虽具有成本低、透光度好的特点, 但同时其稳定性相比于无机材料来说还是存在一定的差距, 无机硒化合物对电极正好可以弥补这一缺陷. Tang等[47, 48]报道使用透明Ni0.85Se合金作为对电极将染料敏化太阳能电池的双面光电效率提高至超过10%, 效率的提高源于其高透明对电极与来自光阳极的光相互补偿效应(图 5a).他们[49]还以表面活性剂十二烷基苯磺酸(DBSA)通过溶液法合成纳米多孔FeSe对电极, 工作机理如图 5(b)所示, 电池正面光电效率为9.16%, 背面光电效率为5.38%. 图 5(c)和5(d) SEM结果显示, 与没有添加DBSA的FeSe相比, 添加了DBSA后, FeSe合金在FTO上表面覆盖率变高以及多孔性更均一, 这为I−/I3-的扩散传输提供了通道和巨大的比表面积.不久之后其用溶液法合成Mo0.6Se透明对电极, 器件正反面光电效率为8.05%, 5.92%[50].该类对电极实现了低成本制备高性能DSSCs的目标.金属与硒合金化对电极在接受电子后形成配位中间体, 并且上述提及的金属都是比较常见的, 价格低廉, 有利于降低对电极的成本. 表 1对比了基于不同透明对电极的双面进光DSSCs的J-V光伏参数.

    图 5

    图 5.  (a) 不同CEs的光学透射率[48]; (b)基于FeSe CE双面进光DSSC工作机理示意图[49]; (c)在DBSA存在下合成的纳米多孔FeSe合金CE SEM照片[49]; (d)在没有DBSA存在下合成的FeSe合金CE SEM照片[49].
    Figure 5.  (a) Optical transparency of various CEs[48]; (b) The schematic of bifacial DSSCs based on FeSe CE[49]; (c) SEM photographs of FeSe nanoporous alloy CE synthesized in the presence of DBSA[49]; (d) FeSe alloy CE synthesized in the absence of DBSA[49]
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    表 1

    表 1  双面进光染料敏化太阳能电池J-V光伏参数
    Table 1.  J-V photovoltaic parameters of bifacial dye sensitized solar cells
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    Counter electrode Irradiation side Jsc/(mA•cm-2) Vocb/V FF/% PCE/% Transmittance Reference
    Pt front 16.40 0.752 64.0 7.90 [25]
    rear 13.10 0.745 68.0 6.60
    Pt both 16.31 0.726 68.1 4.03 ~60 [36]
    front 15.47 0.696 62.6 6.74
    rear 7.24 0.635 53.7 2.47
    Pt front 13.40 0.655 66.0 5.80 [37]
    rear 10.90 0.640 69.0 4.80
    PANI front 15.24 0.710 60.4 6.54 74% [39]
    rear 9.48 0.687 65.5 4.26
    PANI NFs both 16.17 0.738 68.8 8.22 ~71% [38]
    front 13.60 0.729 71.2 7.06
    rear 6.48 0.689 76.4 3.41
    PANI/MoS2 both 20.11 0.724 62.3 9.71 ＞60% [40]
    front 16.09 0.705 63.6 7.99
    rear 7.49 0.690 53.0 3.70
    NGr/PEDOT front 15.60 0.739 72.0 8.30 [24]
    rear 10.80 0.736 77.0 6.10
    PEDOT front 17.72 0.768 67.0 9.12 [41]
    rear 11.23 0.731 70.0 5.75
    PEDOT front 13.59 0.682 68.0 6.35 ~92% [42]
    rear 10.27 0.665 73.0 4.98
    PANI/PVP both 25.20 0.540 41.0 5.81 ~65% [27]
    front 20.32 0.570 46.0 5.45
    rear 19.08 0.550 43.0 4.66
    PANI/BPQDs both 24.31 0.640 44.0 6.85 ~42% [28]
    front 2319 0.640 43.0 6.38
    rear 20.13 0.620 47.0 5.87
    PANI/Ag2Se both 23.95 0.590 46.0 6.50 [28]
    front 20.32 0.600 43.0 5.24
    rear 18.63 0.600 44.0 4.93
    Ni0.85Se both 24.34 0.737 59.3 10.63 ~89% [48]
    front 16.59 0.741 63.9 7.85
    rear 9.19 0.729 65.2 4.37
    FeSe front 17.72 0.717 72.1 9.16 [49]
    rear 14.11 0.676 56.4 5.38
    Mo0.6Se front 15.71 0.729 70.3 8.05 [50]
    rear 13.89 0.719 59.3 5.92

    3.   双面进光量子点敏化太阳能电池

    3.1   双面进光量子点敏化太阳能电池原理

    量子点敏化太阳能电池起源于1982年, Nozik教授等[59]最先提出可将量子点(quantum dots, QDs)作为光敏剂应用于太阳能电池.鉴于需要解决染料敏化太阳能电池的染料制备工艺复杂, 遇光易分解, 光响应范围较窄等问题[60, 61], 量子点作为新一代的光敏化剂应运而生.量子点敏化太阳能电池理论光电转化效率可达44%[62], 而现阶段研究的QDSCs最大PCE仅为12.23%[63], 虽然与现在DSSCs最大光电效率14.3%[64]很接近, 但量子点敏化太阳能电池实际上还有很大提升空间.与DSSCs类似, QDSCs主要由量子点敏化的光阳极、电解质、对电极这三部分组成.相似的结构导致相似的工作原理:在太阳光照射下, 沉积在光阳极的量子点受到激发, 电子-空穴对随即产生并发生分离, 电子快速进入光阳极导电带并被外电路收集, 而空穴则会被电解质(如多硫体系)的还原态所还原, 氧化态电解质在对电极上被外电路收集的电子所还原, 完成一个完整的循环.近年来, 透明对电极组装的双面进光QDSCs的研究主要集中在以下几个方面.

    3.2   透明合金对电极

    透明合金最早应用于QDSCs对电极中. 2014年, Dao等[65]运用干燥等离子还原法(DPR)制备出超细的AuPt-BNP(bimetallic nanoparticles)透明对电极, 制成双面进光QDSCs.从光生电流与光电转换效率的关系可以看出光生电流密度对效率起着决定性作用(图 6a). AuPt-BNP透明对电极在500~800 nm处的透射率明显有所改善(图 6b), 分别获得了2.4%的正面光电效率, 2.2%的背面光电效率, 3.4%的双面照射光电效率, 与喷金对电极获得的3.7%相当[66].该方法比喷金所需要使用的金量更少, 超细纳米级结构在不影响对电极透明度的同时造就了高催化性. Ma等[67]制备出结晶度良好的叶片状结构透明Co-Se对电极(图 6c和6d), 器件正面光电效率为2.11%, 背面光电效率为1.28%.目前没有人将金属硒应用于QDSCs中, 而他们成功地把它应用到了QDSCs中, 与Pt金属对电极相比, 具有更好的电催化活性和光电性能[68].将Co-Se合金作为对电极可实现双面进光, 与CdS量子点发生协同作用, 以经济有效的方式最大化地提高光电转换效率, 光从正面照射获得2.11%的光电效率.

    图 6

    图 6.  (a) 在正面和背面照明下记录的具有不同CE的QDSCs的总功率转换效率(块)和光电流密度(线)[65]; (b)不同CEs在300~800 nm之间的透射光谱[65]; (c)二元Co0.85Se合金CE的低分辨率[67]; (d)高分辨率TEM图像[67]
    Figure 6.  (a) The overall power conversion efficiencies (bar) and photocurrent densities (line) of QDSCs with the different CEs recorded under front-side and back-side illuminations[65]; (b) The transmission spectra in a range of 300~800 nm of the different CEs[65]; TEM images of the as-synthesized Ni0.85Se alloy: (c) low resolution[67]; (d) high resolution[67]
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    3.3   透明金属硫化物对电极

    与铂金相比, 透明金属硫化物对电极具有更高的电催化性, 在QDSCs中应用也更为广泛.北京大学的Tu等[69]报道了一种以PbS量子点修饰的光阳极和半透明的CuS对电极组装的双面进光量子点敏化太阳能电池(图 7a).量子点PbS是通过连续离子层吸收和反应法沉积在TiO2表面上, QDSCs双面照射效率可达2.16%, 比起单面照射提高了48.97%. 2013年, 武汉大学方国家课题组[70]提出采用低温水热法制备二维CuS纳米片制备透明对电极, 结果显示CuS对电极在450~700 nm有很好的透射率(图 7b), 该透明薄膜具有高的载流子迁移速度和电催化活性, 随着CuS厚度增加, 对电极的表面电阻在减少, 填充因子会增加, 以1 μm厚铜膜制备CuS对电极制备的QDSCs, 得到最佳的光电效率(3.65%).当铜膜厚度为200 nm时, 正面照射的光电效率与背面照射光电效率相当, 分别是2.70%, 2.40%(图 7c和7d). De Rossi和Di Gaspare等[71]探究在导电玻璃上电沉积Pt, CoS以及Pt/CoS作为透明对电极对QDSCs造成的差异, Pt/CoS对电极背面进光的光电效率比Pt、CoS各自高出14%, 7%.原因在于CoS薄膜与Pt纳米颗粒分散均匀的协同作用为Pt/CoS对电极具有更高的透明度提供了良好的条件, 使得Pt/CoS对电极的透射率达到98%.

    图 7

    图 7.  (a) 双面进光PbS量子点QDSCs的示意图[69]; (b)用不同厚度的Cu膜制备的CuS纳米片的透过率[70]; (c)在正面照明下CuS CE的QDSCs的J-V曲线[70]; (d)在背面照明下CuS CE的QDSCs的J-V曲线
    Figure 7.  (a) The schematic diagram of bifacial illuminated PbS QDSCs[69]; (b) transmittance of the CuS nanosheet films prepared with different thickness of the Cu film[70]; (c) J-V curves of QDSCs employing the CuS counter electrodes under front illumination[70]; (d) rear illumination[70]
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    透明金属硫化物对电极虽然比Pt对电极制备的QDSCs光电效率高, 但是相对不稳定性, 因为电解质中的硫化物对对电极上沉积的金属硫化物具有腐蚀性.同时金属硫化物与FTO之间的粘附性不好, 容易脱落, 机械稳定性有待提高[72]. 表 2对比了基于不同透明对电极的双面进光QDSCs的J-V光伏参数.

    表 2

    表 2  双面进光量子点敏化太阳能电池光伏参数
    Table 2.  J-V photovoltaic parameters of bifacial quantum dots sensitized solar cells
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    Counter electrode Irradiation side Jsc/(mA•cm-2) Vocb/V FF/% PCE/% Transmittance Reference
    AuPt both 16.50 0.654 31.0 3.40 75% [65]
    Au both 13.40 0.705 39.0 3.70 ＞10% [66]
    Se/Co front 9.29 0.650 34.9 2.11 ＞60% [67]
    rear 5.88 0.566 38.5 1.28
    CuS front 15.56 0.490 35.0 2.70 ~80% [70]
    rear 13.43 0.470 39.0 2.48
    CoS front 11.90 0.470 66.3 5.88 66.6% [71]
    rear 7.50 0.729 70.4 3.84
    Pt/CoS front 12.70 0.761 63.5 6.15 78.3% [71]
    rear 8.65 0.752 68.4 4.45

    4.   双面进光钙钛矿太阳能电池

    4.1   双面进光钙钛矿太阳能电池原理

    2009年, 有机/无机杂化钙钛矿材料应用于太阳能电池. Miyasake课题组[73]首先将CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3两种钙钛矿材料取代有机染料分子用作吸光染料制备出了染料敏化太阳能电池, 且光电转换效率为3.8%.这些年钙钛矿太阳能电池迅猛发展, 目前认证的电池效率已超过20%[74~76].该效率已远超前面提及的染料敏化太阳能电池和量子点敏化太阳能电池的效率, 这无疑展现了钙钛矿太阳能电池发展的巨大潜力.钙钛矿太阳能电池由致密TiO2层、钙钛矿型吸光层、空穴传输层(HTM)以及对电极组成[77].作为光吸收层的钙钛矿材料夹在TiO2层(N型)与空穴传输层(P型)之间.当照射在钙钛矿材料产生光生电子空穴对, 电子和空穴对在TiO2/钙钛矿和钙钛矿/HTM界面上发生分离, 电子进入TiO2, 空穴进入HTM中, 最终电子到达FTO阳极, 空穴到达对电极.

    随着社会的发展, 钙钛矿太阳能电池开始广泛应用于建筑中.特别是考虑到应用到顶棚和窗口时, 为了美观和高效利用太阳光, 开发半透明或透明的钙钛矿太阳能电池[78, 79]已成为研究趋势.现研究较多的应用于双面进光钙钛矿太阳能电池的透明对电极主要为以下几类.

    4.2   透明银对电极

    溶液法是制备银纳米线对电极常用的方法. Kim等[80]依据图 8(a)所示原理依次将2, 9-二甲基-4, 7-二苯基- 1, 10-菲咯啉(BCP), Ag和MoO3沉积在AgNCs上制成透明电极, 钙钛矿太阳能电池结构和能级如图 8(b)和8(c)所示, 电池光电效率为9.73%. Guo等[81]研究喷涂的银纳米线作为倒置结构的钙钛矿太阳能电池的顶部电极, 其中ZnO被用作中间层以改善AgNWs与PCBM之间的欧姆接触, 实现了8.49%的光电效率. Lee等[82]引入AgNWs作为对电极构造新型的纤维状柔性PSCs, 得到了3.85%的效率. Yang等[83]用溶液法制备AgNWs对电极(电池结构以及能级如图 8d和8e所示), 当AgNWs为750 nm, 电流密度最大, 从FTO照射获得7.98%的光电效率, 从AgNWs照射获得4.86%的光电效率. Zhang等[84]报道了一种具有三层阴极(聚乙烯亚胺乙氧基化物/银/氧化钼(PEIE/Ag/MoOx))的倒置式双面进光的平面结构钙钛矿太阳能电池.该结构中MoOx折射率比Ag高, 它可反射透过器件的光从而使得吸收光子增多, Jsc得到改善, PEIE、Ag、MoOx三者能级能够很好地匹配, 电子传输电阻因此减少, 电子复合减少, 短路电流增大(图 8f), 光电性能得以改善.从ITO照射和Ag面照射的光电转换效率分别从8.04%提高至13.55%, 5.24%提高至8.41%.另外加入背反射器将效率提高至14.50%(ITO面), 11.37%(Ag面).

    图 8

    图 8.  (a) 根据光度函数曲线提高半透明太阳能电池透明度[80]; (b)电极耦合等离子体激元法PSCs的结构和(c)能级图[80]; (d)钙钛矿太阳能电池结构示意图[83]; (e)钙钛矿太阳能电池能带图[83]; (f)从不同Ag膜厚度的Ag侧照射的PSCs的J-V特性[83]
    Figure 8.  (a) Concept of the visual transparency improvement of the semi-transparent solar cells by considering the human luminosity curve[80]; (b) The structure and (c) the energy diagram of PSCs with ECPs[80]; (d) the structure diagram of Perovskite solar cells[83]. (e) Energy band diagram of the perovskite solar cells[83]; (f) J-V curve of PSCs irradiated from the silver side of different silver film thicknesses[83]
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    4.3   透明PEDOT及PEDOT:PSS对电极

    因为PEDOT的价带能够很好地与电荷分离和传输的价带相匹配, 所以它可作为钙钛矿太阳能电池的透明对电极.不仅如此, 它也可充当电子阻挡层的角色, 可有效减少电子复合[85, 86]. Xiao等[87]使用电沉积法在FTO制备PEDOT对电极, 对应电池正反面效率分别为12.33%, 11.78%.在UV测试下398 nm处出现新的透射峰, 新的透射峰出现归咎于PEDOT与钙钛矿结构的其他成分相交联作用. Xiao等[88]将PEDOT, 二氧化钛纳米线与钛箔相结合制成轻型钙钛矿太阳能电池(图 9a和9b), 其中二氧化钛纳米线沉积在钛箔上作为电子传输层, 获得13.07%/cm2的光电转换效率. Sun等[89]研制了甲磺酸处理的PEDOT:PSS对电极(图 9c), 经测试MSA-PEDOT:PSS对电极的电导率超过2000 S/cm, 用其组装钙钛矿太阳能电池, 正反面分别获得11%, 10.6%的光电效率.另外制成的电池可以弯曲成半径为2 mm的器件, 并且经过2000次反复弯曲, 还能保持50%的光电转换效率. 表 3对比了基于不同透明对电极的双面进光PSCs的J-V光伏参数.

    图 9

    图 9.  (a) 轻型PSCs器件示意图(左边)[88]; (b)能级图(右边)[88]; (c) PEDOT:PSS和甲磺酸的化学结构[89]; (d)不同透明对电极的J-V特性曲线[89]
    Figure 9.  (a) Device schematic diagram (the left side)[88]and (b) energy level diagram (the right side) of the light-weight PSCs[88]; (c) Chemical Structure of PEDOT:PSS and Methanesulfonic Acid[89]; (d) J-V characteristics of PSCs with different transparent electrodes[89]
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    表 3

    表 3  双面进光钙钛矿太阳能电池光伏参数
    Table 3.  J-V photovoltaic parameters of bifacial perovskite solar cells
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    Counter electrode Iirradiation side Jsc/(mA•cm-2) Vocb/V FF/% PCE/% Transmittance Reference
    AgNCs both 15.69 1.020 60.0 9.73 ~30% [80]
    AgNWs front 13.20 0.960 38.6 4.86 [83]
    rear 20.80 1.010 38.1 7.98
    Ag front 19.18 0.990 76.0 14.50 ~70% [84]
    rear 15.66 0.940 77.0 11.37
    PEDOT front 20.08 0.890 69.0 12.33 ~70% [87]
    rear 19.98 0.880 67.0 11.78
    PEDOT both 21.72 0.940 64.0 13.07 ~80% [88]
    ITO front 19.30 1.100 74.0 15.60 [89]
    rear 17.89 1.110 74.0 14.70
    PEDOT:PSS front 17.15 0.870 57.0 8.60 ~97% [89]
    rear 17.16 0.880 54.0 8.10

    5.   总结和展望

    透明电极[90]在短短的十年时间里, 在降低成本的同时效率也在不断地提升, 虽然整体效率不是很高, 但因此更具探究性.双面进光太阳能电池能有效减少所沉积电催化材料的厚度, 降低成本, 同时对电极变得更薄更易制成柔性器件, 外形更为美观, 在应用方面也变得更为宽广.透明对电极有着诸多优点, 但就现今而言还有许多需要改进的地方.减少透明金属对电极的反射率和电解质的吸收、增加透明度、拓宽光谱响应的波长范围、金属硫化物对透明对电极的腐蚀性和粘附性、提高导电聚合物的稳定性等都是亟待解决的问题.在今后的发展中, 研究人员还需围绕这几点进行探索.当然, 除了这些, 内在机理研究也是必不可少的, 更高效更低廉电极材料的探究依旧还要继续, 为日后的大规模生产和应用提前做好准备.

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  • 图 1  (a) 弯曲的柔性子模块DSSCs照片[35]; (b)基于3-甲氧基(MPN)的Ti箔柔性子模块DSSCs与含不同Pt负载量的对电极(counter electrode简称CE)的长期稳定性[35]; (c)双面DSSCs J-V曲线图[36]; (d)前后双面进光DSSCs示意图[37]; (e) 1 nm厚铂薄膜对电极未退火(f)退火后TEM平面照片[37]

    Figure 1  (a) Photograph of the bended flexible sub-module DSSCs[35]; (b) Long-term stability of MPN-based Ti foil flexible sub-module-DSSCs with CE containing different loading of Pt[35]; (c) Characteristic J-V curves of bifacial DSSCs from varied CEs for both irradiation under one sun illumination[36]; (d) Schematic of the bifacial DSSCs under front and rear illumination, respectively[37]; (e) Plan-view TEM images of Pt1-nm before annealing; (f) Plan-view TEM images of Pt1-nm after annealing

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    图 2  (a) 大面积双面进光活性透明DSSCs照片[26]; (b)透明PANI电极和N3敏化TiO2薄膜的紫外可见光谱[26]; (c)在AM1.5模拟光照射下(100 mW/cm2)测量的正面(实心圆圈)和背面(实心方块)进光下的基于PANI的双面DSSCs的J-V特性曲线[26]; (d)溶液处理的双面DSSCs结构[38]; (e)制备的双面进光DSSCs结构能级图[38]

    Figure 2  (a) Digital photograph of a large-area bifacially active transparent DSSCs[26]; (b) UV-vis spectra of transparent PANI electrode and N3 sensitized TiO2 film[26]; (c) J-V characteristics of PANI based bifacial DSSCs under front (solid circle) and rear illumination (solid square) measured at AM1.5 simulated irradiation (mW/cm2)[26]; (d) The solution-processed bifacial DSSCs architecture[38]; (e) Energy level diagram of the prepared bifacial DSSCs structure[38]

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    图 3  (a) Pt和PVP(4wt%)/PANI CE的UV-可见光透射光谱[27]; (b)基于Pt和PVP(4wt%)/PANI CEs的DSSCs在前, 后和两侧照射下的J-V曲线(来自正面和背面的入射光照射强度分别为96.9和45.6 mW/cm2)[27]; (c)基于BPQDs光阴极的双面DSSCs示意图[28]; (d)显示N719和BPQDs光阴极对光吸收双面DSSCs的能级图[28]; (e)在前部(100 mW/cm2)和后部(45.6 mW/cm2)照射下, 双面n型DSSCs以PANI和PANI/BPQD作为光阴极的J-V曲线[28]; (f)基于PANI和PANI/BPQDs光阴极的双面n型DSSCs的Jsc, Voc和η随时间的稳定性(在100 mW/cm2光强照射下)[28]

    Figure 3  (a) UV-vis transmittance spectra of Pt and PVP(4wt%)/PANI CEs[27]; (b) J-V curves of DSSCs based on Pt and PVP(4wt%)/PANI CEs under front, rear and both sides illuminations (The incident light irradiation intensities from the front and the rear sides are 96.9 and 45.6 mW/cm2, respectively)[27]; (c) Schematic of a bifacial DSSCs with BPQDs based photocathode[28]; (d) Energy level diagram of the bifacial DSSCs showing light absorption by both the N719 and BPQDs based photocathodes[28]; (e) J-V curves of the bifacial n-type DSSCs with the PANI and PANI/BPQDs as the photocathodes under both front (100 mW/cm2) and rear (45.6 mW/cm2) illumination[28]; (f) Stability of Jsc, Voc and η with time for the bifacial n-type DSSCs based on the PANI and PANI/BPQDs photocathodes under illumination of 100 mW/cm2[28]

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    图 4  (a) 两步法制备具有NGr/PEDOT复合膜CE[24]; (b)基于无碘聚电解质和PEDOT CE的透明双面DSSCs[41]; (c)不同容量聚合的PEDOT薄膜的透射光谱(右), FTO间的无碘聚电解质(粉红线)和碘电解质(紫线)薄膜吸收光谱[41]

    Figure 4  (a) Fabrication of a CE with the composite film of NGr/PEDOT by applying a simple two-step procedure[24]; (b) The schematic of transparent bifacial DSSCs based on PEDOT CE and IF-E[41]; (c) Transmittance spectra of the synthesized PEDOT films polymerized with different capacities (right), Absorption spectra of a thin film of IF-E (pink line) and I-E (purple line) confined between two FTO glass substrate (left)[41]

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    图 5  (a) 不同CEs的光学透射率[48]; (b)基于FeSe CE双面进光DSSC工作机理示意图[49]; (c)在DBSA存在下合成的纳米多孔FeSe合金CE SEM照片[49]; (d)在没有DBSA存在下合成的FeSe合金CE SEM照片[49].

    Figure 5  (a) Optical transparency of various CEs[48]; (b) The schematic of bifacial DSSCs based on FeSe CE[49]; (c) SEM photographs of FeSe nanoporous alloy CE synthesized in the presence of DBSA[49]; (d) FeSe alloy CE synthesized in the absence of DBSA[49]

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    图 6  (a) 在正面和背面照明下记录的具有不同CE的QDSCs的总功率转换效率(块)和光电流密度(线)[65]; (b)不同CEs在300~800 nm之间的透射光谱[65]; (c)二元Co0.85Se合金CE的低分辨率[67]; (d)高分辨率TEM图像[67]

    Figure 6  (a) The overall power conversion efficiencies (bar) and photocurrent densities (line) of QDSCs with the different CEs recorded under front-side and back-side illuminations[65]; (b) The transmission spectra in a range of 300~800 nm of the different CEs[65]; TEM images of the as-synthesized Ni0.85Se alloy: (c) low resolution[67]; (d) high resolution[67]

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    图 7  (a) 双面进光PbS量子点QDSCs的示意图[69]; (b)用不同厚度的Cu膜制备的CuS纳米片的透过率[70]; (c)在正面照明下CuS CE的QDSCs的J-V曲线[70]; (d)在背面照明下CuS CE的QDSCs的J-V曲线

    Figure 7  (a) The schematic diagram of bifacial illuminated PbS QDSCs[69]; (b) transmittance of the CuS nanosheet films prepared with different thickness of the Cu film[70]; (c) J-V curves of QDSCs employing the CuS counter electrodes under front illumination[70]; (d) rear illumination[70]

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    图 8  (a) 根据光度函数曲线提高半透明太阳能电池透明度[80]; (b)电极耦合等离子体激元法PSCs的结构和(c)能级图[80]; (d)钙钛矿太阳能电池结构示意图[83]; (e)钙钛矿太阳能电池能带图[83]; (f)从不同Ag膜厚度的Ag侧照射的PSCs的J-V特性[83]

    Figure 8  (a) Concept of the visual transparency improvement of the semi-transparent solar cells by considering the human luminosity curve[80]; (b) The structure and (c) the energy diagram of PSCs with ECPs[80]; (d) the structure diagram of Perovskite solar cells[83]. (e) Energy band diagram of the perovskite solar cells[83]; (f) J-V curve of PSCs irradiated from the silver side of different silver film thicknesses[83]

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    图 9  (a) 轻型PSCs器件示意图(左边)[88]; (b)能级图(右边)[88]; (c) PEDOT:PSS和甲磺酸的化学结构[89]; (d)不同透明对电极的J-V特性曲线[89]

    Figure 9  (a) Device schematic diagram (the left side)[88]and (b) energy level diagram (the right side) of the light-weight PSCs[88]; (c) Chemical Structure of PEDOT:PSS and Methanesulfonic Acid[89]; (d) J-V characteristics of PSCs with different transparent electrodes[89]

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    表 1  双面进光染料敏化太阳能电池J-V光伏参数

    Table 1.  J-V photovoltaic parameters of bifacial dye sensitized solar cells

    Counter electrode Irradiation side Jsc/(mA•cm-2) Vocb/V FF/% PCE/% Transmittance Reference
    Pt front 16.40 0.752 64.0 7.90 [25]
    rear 13.10 0.745 68.0 6.60
    Pt both 16.31 0.726 68.1 4.03 ~60 [36]
    front 15.47 0.696 62.6 6.74
    rear 7.24 0.635 53.7 2.47
    Pt front 13.40 0.655 66.0 5.80 [37]
    rear 10.90 0.640 69.0 4.80
    PANI front 15.24 0.710 60.4 6.54 74% [39]
    rear 9.48 0.687 65.5 4.26
    PANI NFs both 16.17 0.738 68.8 8.22 ~71% [38]
    front 13.60 0.729 71.2 7.06
    rear 6.48 0.689 76.4 3.41
    PANI/MoS2 both 20.11 0.724 62.3 9.71 ＞60% [40]
    front 16.09 0.705 63.6 7.99
    rear 7.49 0.690 53.0 3.70
    NGr/PEDOT front 15.60 0.739 72.0 8.30 [24]
    rear 10.80 0.736 77.0 6.10
    PEDOT front 17.72 0.768 67.0 9.12 [41]
    rear 11.23 0.731 70.0 5.75
    PEDOT front 13.59 0.682 68.0 6.35 ~92% [42]
    rear 10.27 0.665 73.0 4.98
    PANI/PVP both 25.20 0.540 41.0 5.81 ~65% [27]
    front 20.32 0.570 46.0 5.45
    rear 19.08 0.550 43.0 4.66
    PANI/BPQDs both 24.31 0.640 44.0 6.85 ~42% [28]
    front 2319 0.640 43.0 6.38
    rear 20.13 0.620 47.0 5.87
    PANI/Ag2Se both 23.95 0.590 46.0 6.50 [28]
    front 20.32 0.600 43.0 5.24
    rear 18.63 0.600 44.0 4.93
    Ni0.85Se both 24.34 0.737 59.3 10.63 ~89% [48]
    front 16.59 0.741 63.9 7.85
    rear 9.19 0.729 65.2 4.37
    FeSe front 17.72 0.717 72.1 9.16 [49]
    rear 14.11 0.676 56.4 5.38
    Mo0.6Se front 15.71 0.729 70.3 8.05 [50]
    rear 13.89 0.719 59.3 5.92
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    表 2  双面进光量子点敏化太阳能电池光伏参数

    Table 2.  J-V photovoltaic parameters of bifacial quantum dots sensitized solar cells

    Counter electrode Irradiation side Jsc/(mA•cm-2) Vocb/V FF/% PCE/% Transmittance Reference
    AuPt both 16.50 0.654 31.0 3.40 75% [65]
    Au both 13.40 0.705 39.0 3.70 ＞10% [66]
    Se/Co front 9.29 0.650 34.9 2.11 ＞60% [67]
    rear 5.88 0.566 38.5 1.28
    CuS front 15.56 0.490 35.0 2.70 ~80% [70]
    rear 13.43 0.470 39.0 2.48
    CoS front 11.90 0.470 66.3 5.88 66.6% [71]
    rear 7.50 0.729 70.4 3.84
    Pt/CoS front 12.70 0.761 63.5 6.15 78.3% [71]
    rear 8.65 0.752 68.4 4.45
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    表 3  双面进光钙钛矿太阳能电池光伏参数

    Table 3.  J-V photovoltaic parameters of bifacial perovskite solar cells

    Counter electrode Iirradiation side Jsc/(mA•cm-2) Vocb/V FF/% PCE/% Transmittance Reference
    AgNCs both 15.69 1.020 60.0 9.73 ~30% [80]
    AgNWs front 13.20 0.960 38.6 4.86 [83]
    rear 20.80 1.010 38.1 7.98
    Ag front 19.18 0.990 76.0 14.50 ~70% [84]
    rear 15.66 0.940 77.0 11.37
    PEDOT front 20.08 0.890 69.0 12.33 ~70% [87]
    rear 19.98 0.880 67.0 11.78
    PEDOT both 21.72 0.940 64.0 13.07 ~80% [88]
    ITO front 19.30 1.100 74.0 15.60 [89]
    rear 17.89 1.110 74.0 14.70
    PEDOT:PSS front 17.15 0.870 57.0 8.60 ~97% [89]
    rear 17.16 0.880 54.0 8.10
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  • 发布日期:  2018-09-15
  • 收稿日期:  2018-05-12
  • 网络出版日期:  2018-09-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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