有机无机卤化物钙钛矿太阳能电池：从基本原理到器件

图书标准信息

• 作者 [日]宫坂力 主编；[韩]朴南圭；[瑞士]迈克尔·格兰泽尔
• 出版社 化学工业出版社
• 出版时间 2021-01
• 版次 1
• ISBN 9787122371508
• 定价 168.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 282页
• 字数 451千字

【内容简介】

光伏发电是*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*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。

【作者简介】

英文原版三位主编：

    朴南圭（Nam-Gyu Park），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（Michael Gr?tzel），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88 000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（Tsutomu Miyasaka），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。

 

【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

Jarvist M.Frost，Aron Walsh

　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

Edoardo Mosconi，Thibaud Etienne，Filippo De Angelis

　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

　2.3　TiO2/有机卤化物钙钛矿结点界面中氯的重要性                           15

　2.4　PbI2修饰的TiO2/MAPI异质结电子耦合                                 17

　2.5　MAPI薄膜沉积在ZnO上热力学的不稳定性调查                         19

　2.6　MAPI中的缺陷迁移及其对MAPI/TiO2界面的影响                       21

　2.7　MAPI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

Wolfgang Tress

　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

　　3.1.4　Shockley-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（Urbach tail）                         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

Yanfa Yan，Wan-Jian Yin，Tingting Shi，Weiwei Meng，Chunbao Feng

　4.1　引言                                                                 58

　4.2　计算细节                                                             59

　4.3　结论和讨论                                                           61

　　4.3.1　CH3NH3PbX3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

　　4.3.6　CH3NH3PbI3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

Giuliano Gregori，Tae-Youl Yang，Alessandro Senocrate，Michael Gratzel，Joachim Maier

　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

　5.3　CH3NH3PbI3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

　　5.4.2　I-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

Yongbo Yuan，Qi Wang，Jinsong Huang

　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

　　6.3.1　OTP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

Juan Bisquert，Germà Garcia-Belmonte，Antonio Guerrero

　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

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