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有机无机卤化物钙钛矿太阳能电池:从基本原理到器件

有机无机卤化物钙钛矿太阳能电池:从基本原理到器件

  • 作者
  • (韩)朴南圭、(瑞士)迈克尔·格兰泽尔、(日)宫坂力主编

光伏发电是最有希望代替化石燃料的能源之一。在未来的光伏产业中,有机-无机杂化的钙钛矿是非常具有前景的候选材料。本书英文原版的三位主编,都在该领域做出了杰出贡献。 由三位杰出科学家引领,本书从钙钛矿太阳能电池的基本原理出发,介绍了从基本理论到器件工程的各方面内容。全书共14章第1章和第2章描述了卤化钙钛矿的基本原理;第3章介绍了器件的极限最大转化效率;第4章至第6...


  • ¥168.00

ISBN: 978-7-122-37150-8

版次: 1

出版时间: 2021-01-01

图书介绍

ISBN:978-7-122-37150-8

语种:汉文

开本:16

出版时间:2021-01-01

装帧:平

页数:282

编辑推荐

本书的英文原版的三位主编均为钙钛矿太阳能电池行业的领军人物,尤其宫坂力先生于2009年率先开发出了卤化钙钛矿光电器件,开辟了该领域研究的先河。在三位主编的主导下,书中汇集了大量本专业的前沿科研成果。本书论述的覆盖面广泛,对从基本原理到应用器件的各方面内容进行了系统阐述,包括从钙钛矿中的分子运动到离子迁移、从电荷传输到迟滞效应的解析、从平面结构到多孔结构、从玻璃基底到柔性基底等方面。

作者简介

英文原版三位主编 朴南圭,韩国首尔成均馆大学化学工程学院教授。2012年,与迈克尔·格兰泽尔共同发明了固态钙钛矿敏化太阳能电池。2017年9月,因共同发现并应用钙钛矿材料实现有效的能源转换,荣获化学领域2017年度“引文桂冠奖”。 迈克尔·格兰泽尔,瑞士洛桑联邦理工学院光子学和界面实验室教授。发明了染料敏化太阳能电池,并于2012年与朴南圭共同发明了固态钙钛矿敏化太阳能电池。他发表了超过900篇论文,同时也是50多篇专利的发明人。他的论文已被引用超过88000次,成为了全世界论文引用次数排名前10的科学家之一。 宫坂力,日本化学家,桐荫横滨大学生物医学工程学院光电化学与能源科学教授。在设计低温溶液印刷工艺制造染料敏化太阳能电池和固态混合光伏(PV)电池方面做出突出贡献,于2009年在世界上首次报道了卤化的钙钛矿光电器件(钙钛矿太阳能电池)。2017年9月,因共同发现并应用钙钛矿材料实现有效的能源转换,荣获化学领域2017年度“引文桂冠奖”。 译者 毕世青,2015年于北京化工大学取得博士学位,其研究方向为光伏电池器件中纳米光电功能材料和准固态电解质的制备及应用;后于国家纳米科学中心作博士后,继续从事钙钛矿太阳能电池的工艺及界面修饰的研究;现任教于陕西榆林学院化学与化工学院。

精彩书摘

光伏发电是最有希望代替化石燃料的能源之一。在未来的光伏产业中,有机-无机杂化的钙钛矿是非常具有前景的候选材料。本书英文原版的三位主编,都在该领域做出了杰出贡献。 由三位杰出科学家引领,本书从钙钛矿太阳能电池的基本原理出发,介绍了从基本理论到器件工程的各方面内容。全书共14章第1章和第2章描述了卤化钙钛矿的基本原理;第3章介绍了器件的极限最大转化效率;第4章至第6章介绍了器件物理特性及卤化钙钛矿中离子的迁移;第7章和第8章可以帮助读者进一步理解钙钛矿中离子的迁移和抑制;第9章讲述了如何利用器件和材料来获得高效率的钙钛矿太阳能电池;第10章介绍了电流密度-电压曲线的迟滞效应和稳定性;第11章介绍了钙钛矿太阳能电池的高电压特性;第12章讲述了钙钛矿在有机本体异质结类型的太阳能电池中的应用;第13章介绍了卤化钙钛矿在制备柔性太阳能电池中的应用;第14章讲述了无机空穴传输层对深入观察器件内部结构的作用。 本书集中了大量与钙钛矿太阳能电池相关的前沿科研成果,可以为钙钛矿太阳能电池的研究者和技术开发者提供有益的参考和帮助。

目录

第1章杂化卤化钙钛矿的分子移动和晶体结构动力学1
JarvistM.Frost,AronWalsh
1.1引言1
1.2钙钛矿1
1.3一般的晶体结构3
1.3.1正交晶相(T<165K)4
1.3.2四方晶相(165~327K)4
1.3.3立方晶相(T>327K)4
1.3.4从甲铵到甲脒阳离子5
1.4分子运动5
1.5离子传输7
1.6介电效应8
1.7小结10
参考文献10

第2章有机卤化物钙钛矿薄膜和界面的第一性原理模型13
EdoardoMosconi,ThibaudEtienne,FilippoDeAngelis
2.1引言13
2.2对锡基和铅基钙钛矿建立可靠的计算协议14
2.3TiO2/有机卤化物钙钛矿结点界面中氯的重要性15
2.4PbI2修饰的TiO2/MAPI异质结电子耦合17
2.5MAPI薄膜沉积在ZnO上热力学的不稳定性调查19
2.6MAPI中的缺陷迁移及其对MAPI/TiO2界面的影响21
2.7MAPI和水的非均质界面钙钛矿被水降解的暗示26
参考文献33

第3章太阳能电池的最大转换效率和开路电压38
WolfgangTress
3.1地面太阳能电池的最大转换效率38
3.1.1热力学与黑体辐射38
3.1.2基于半导体的光伏发电40
3.1.3开路电压的辐射极限42
3.1.4Shockley-Queisser极限44
3.2带隙46
3.2.1起始吸收波长和亚带隙厄巴赫尾(Urbachtail)46
3.2.2调整带隙和串联器件46
3.3非辐射复合48
3.3.1电致发光的量子效率48
3.3.2确定复合机制49
3.3.3电荷传输层的作用53
参考文献54

第4章CH3NH3PbX3(X=I,Br,Cl)钙钛矿的物理缺陷58
YanfaYan,Wan-JianYin,TingtingShi,WeiweiMeng,ChunbaoFeng
4.1引言58
4.2计算细节59
4.3结论和讨论61
4.3.1CH3NH3PbX3钙钛矿缺陷能级的一般趋势61
4.3.2计算内在点缺陷的转移能量62
4.3.3计算内在点缺陷的形成能63
4.3.4计算表面状态66
4.3.5计算晶界状态68
4.3.6CH3NH3PbI3的掺杂特性72
4.4结论75
参考文献76

第5章有机-无机钙钛矿的离子导电性长时间和低频行为的相关性79
GiulianoGregori,Tae-YoulYang,AlessandroSenocrate,MichaelGratzel,JoachimMaier
5.1引言79
5.1.1钙钛矿太阳能电池的电容异常79
5.1.2离子迁移的证据80
5.1.3离子和电子传输特性的实验说明82
5.2方法直流极化和交流阻抗谱82
5.3CH3NH3PbI3的电荷传输表征86
5.3.1阻抗光谱86
5.3.2化学计量极化87
5.3.3开路电压测量88
5.3.4决定电导率的离子种类89
5.4化学扩散系数和化学电容91
5.4.1化学计量极化和表观介电常数92
5.4.2I-V扫描过程中的迟滞效应94
5.4.3模拟材料性能的电路96
5.5结束语97
参考文献97

第6章杂化钙钛矿太阳能电池中的离子迁移101
YongboYuan,QiWang,JinsongHuang
6.1引言101
6.2固态材料中的离子迁移103
6.3有机三卤素钙钛矿薄膜中的离子迁移104
6.3.1OTP薄膜中的移动离子是什么104
6.3.2固体钙钛矿薄膜中的流动离子形成及其迁移通道108
6.4离子迁移对光伏效率和稳定性的影响110
6.5抑制稳定OTP太阳能电池的离子迁移113
6.6结论116
参考文献116

第7章杂化有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的阻抗特性120
JuanBisquert,GermàGarcia-Belmonte,AntonioGuerrero
7.1引言120
7.2充电电容和迟滞效应122
7.3铁电性能127
7.4钙钛矿太阳能电池的电容性质黑暗电容129
7.5电容-电压,掺杂,缺陷和能级图131
7.6瞬态光电压和光电流135
7.6.1开路电压衰减135
7.6.2瞬态电流与充电135
7.6.3小扰动照明方法瞬态光电压和电荷提取138
7.7电极上的反应和降解140
7.8光能力143
7.9结论144
参考文献145

第8章有机金属卤化物钙钛矿中的电子传输149
FrancescoMaddalena,PabloP.Boix,ChinXinYu,NripanMathews,CesareSoci,SubodhMhaisalkaro
8.1引言149
8.2杂化钙钛矿中电荷传输的理论研究150
8.3杂化钙钛矿中的电荷载流子扩散长度153
8.4FET和LED器件中的载流子迁移率154
8.5离子漂移、极化和缺陷的作用157
8.6极化的电荷载流子159
8.7新型钙钛矿材料的传输160
8.8总结和结论163
参考文献164

第9章甲铵铅碘和甲脒铅碘太阳能电池从敏化到平面异质结166
Jin-WookLee,Hu-iSeonKim,Nam-GyuPark
9.1引言166
9.2CH3NH3PbI3的光学性质和能带结构169
9.3液态电解质中的敏化钙钛矿量子点172
9.3.1前驱体浓度对光电流的影响172
9.3.2由乙铵阳离子调整带隙173
9.4固态CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的第一种形式174
9.5钙钛矿薄膜制备的可控方法176
9.6基于甲脒铅碘的钙钛矿太阳能电池179
9.6.1加合物法制备FAPI钙钛矿薄膜179
9.6.2FAPI基钙钛矿太阳能电池的光伏性能180
9.6.3FAPI基钙钛矿的稳定性184
9.7总结188
参考文献188

第10章迟滞特性和器件稳定性192
AjayKumarJena,TsutomuMiyasaka
10.1引言192
10.2影响迟滞的参数193
10.2.1器件结构和工艺参数193
10.2.2测试和预测试条件197
10.3迟滞现象的起源机制200
10.3.1钙钛矿的铁电性质201
10.3.2界面载流子动力学203
10.3.3离子迁移205
10.3.4陷阱态206
10.4迟滞现象、稳定的功率输出和稳定性208
10.5结论212
参考文献213

第11章从太阳光中产生燃料的钙钛矿太阳能电池217
JingshanLuo,MatthewT.Mayer,MichaelGratzel
11.1概述217
11.1.1能源需求、全球变暖和存储需求217
11.1.2太阳能燃料的产生和利用218
11.1.3太阳能到燃料(STF)转换的基本原则218
11.1.4太阳能燃料的产生中,钙钛矿作为光能捕获材料的优点219
11.2钙钛矿光伏驱动的光解水219
11.2.1单电池驱动光解水220
11.2.2两个串联器件的钙钛矿电池驱动光解水221
11.2.3独立水分解的两个串联照明吸收体叠层222
11.2.4理想的双吸收系统226
11.3CO2还原227
11.4讨论与展望230
11.4.1系统设计与工程230
11.4.2稳定性问题和解决办法230
11.4.3展望230
参考文献231

第12章平面倒置结构的钙钛矿太阳能电池234
JingbiYou,LeiMeng,ZiruoHong,GangLi,YangYang
12.1引言234
12.2平面结构235
12.3倒置的平面结构236
12.3.1提高倒置平面太阳能电池效率的薄膜生长238
12.3.2空穴传输层的界面工程239
12.3.3电子传输层的界面工程240
12.3.4平面结构的稳定性241
12.3.5电子传输层对稳定性的影响241
12.3.6空穴传输层对稳定性的影响243
12.3.7钙钛矿材料的稳定性243
12.3.8倒置平面结构太阳能电池中的迟滞效应244
12.4结论和未来的展望245
参考文献246

第13章柔性钙钛矿太阳能电池248
ByeongJoKim,HyunSukJung
13.1引言248
13.2柔性器件中钙钛矿材料的物理性能249
13.2.1钙钛矿材料对塑料基太阳能电池的优势249
13.2.2柔性钙钛矿太阳能电池的机械耐受性250
13.3柔性钙钛矿太阳能电池的研究进展251
13.3.1n-i-p结构的柔性钙钛矿太阳能电池253
13.3.2p-i-n结构的柔性钙钛矿太阳能电池254
13.3.3金属基柔性钙钛矿太阳能电池255
13.4商业化柔性钙钛矿太阳能电池的新兴技术257
13.4.1纤维状钙钛矿太阳能电池257
13.4.2超轻柔性钙钛矿太阳能电池258
13.5总结260
参考文献260

第14章钙钛矿太阳能电池的无机空穴传输材料262
SeigoIto
14.1引言262
14.2CuI和CuSCN269
14.3Cu2O和CuO273
14.4NiO273
14.5钼氧化物(MoOx)276
14.6碳材料276
14.7结论278
参考文献278

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