创新之光：纳米材料助力钙钛矿太阳能电池性能飞跃
2024-09-20 · 系列介绍 · 百灵威授权转载
近年来，纳米材料在钙钛矿太阳能电池领域的应用取得了显著进展，相关文献报道也逐渐增多。随着对纳米材料制备和性能优化的不断深入研究，其在钙钛矿太阳能电池领域的应用前景也愈加广阔。
纳米材料利用其独有的纳米级结构和特性，可以有效提高光电转换效率、增强电子传输和收集效果，增强器件的稳定性和耐久性。其在衬底（TCO）层、电子传输层（ETL）、钙钛矿层(Perovskite)、空穴传输层（HTL）、电极材料（Metal）中均有涉及。
现如今，金、银等贵金属对电极和昂贵的空穴传输材料作为钙钛矿太阳能电池的标配，直接导致了电池成本高，阻碍了钙钛矿太阳能电池的推广与发展，开发价格低廉的对电极及空穴传输材料迫在眉睫。碳材料等多种纳米材料具有价格低廉、化学性质稳定、导电性好等优点，以其应用于钙钛矿太阳能电池各层中的研究取得了一定的成果。
众所周知，TCO层的主要作用是透光和导电。当纳米材料用于TCO层，材料的尺寸减小到纳米级别时，其光学性质会发生显著变化，因为它们的尺寸小于光波的波长，通常对可见光透明。其次，在纳米尺度上，电子的行为受到量子效应的影响，这可能导致电子更容易在材料中移动，从而提高导电性。纳米材料可以在保持较高透光率的同时，提供良好的导电性，这使得它们在衬底（TCO）层的作用极大。
百灵威可以提供的衬底层可用纳米材料有：
电子传输层（ETL）
当纳米材料用于电子传输层时，其较高的表面积与体积比，这意味着它们可以提供更多的活性位点，有助于电荷的传输和收集。许多纳米材料，如石墨烯、碳纳米管和某些二维材料，具有非常高的电子迁移率，这有助于快速传输电子，减少电荷在ETL中的积累和重组。还可以通过掺杂或其他表面修饰手段来调整其能级，以更好地与钙钛矿层的能级匹配，从而优化电荷传输。
百灵威可以提供的电子传输层可用纳米材料有：
钙钛矿层（Perovskite）
纳米结构可以增加材料的表面积，提供更多的光吸收位点。此外，纳米颗粒的量子尺寸效应可以拓宽光吸收范围，增强光吸收能力。纳米材料通常具有优异的电荷传输性能，可以有效提高钙钛矿层中电子和空穴的迁移率，减少电荷在材料中的复合，从而提高电池的整体效率。纳米材料可以用来改善钙钛矿层的化学和物理稳定性。例如，通过在钙钛矿层中引入纳米颗粒，可以抑制相变和降解，延长电池的使用寿命。
百灵威可以提供的钙钛矿层用纳米材料有：
空穴传输层（HTL）
纳米材料通常具有高的电荷传输能力，这意味着它们可以更有效地收集和传输空穴，从而减少电荷在HTL中的复合，提高电池的整体效率。优化能级对齐：纳米材料的能级可以通过化学修饰进行调整，以更好地与钙钛矿层的能级对齐，这有助于降低界面处的能级失配，提高电荷传输效率。增强界面稳定性：纳米材料可以改善HTL与钙钛矿层之间的界面稳定性，减少界面缺陷，从而降低界面电荷重组，提高电池的长期稳定性。
百灵威可以提供的空穴传输层纳米材料有：
电极材料（Metal）
纳米材料的比表面积高，快速的电子传输速率大大提高了电极材料的导电性和反应速率。此外，纳米材料由于其独特的晶体结构和表面特性，往往展现出友谊的电化学活性，有利于提高电极材料的能量利用效率。近年来以其作为钙钛矿太阳能电池对电极的研究取得了一定的成果。
百灵威可以提供的纳米电极材料有：
电子传输层用试剂
空穴传输层
浆料
导电基板
绿色化学研究热点——电解水制氢
电催化常用贵金属催化剂
百灵威精选——金属催化剂常用与创新产品
金属-导电聚合物复合电催化剂的制备
纳米材料利用其独有的纳米级结构和特性，可以有效提高光电转换效率、增强电子传输和收集效果，增强器件的稳定性和耐久性。其在衬底（TCO）层、电子传输层（ETL）、钙钛矿层(Perovskite)、空穴传输层（HTL）、电极材料（Metal）中均有涉及。
现如今，金、银等贵金属对电极和昂贵的空穴传输材料作为钙钛矿太阳能电池的标配，直接导致了电池成本高，阻碍了钙钛矿太阳能电池的推广与发展，开发价格低廉的对电极及空穴传输材料迫在眉睫。碳材料等多种纳米材料具有价格低廉、化学性质稳定、导电性好等优点，以其应用于钙钛矿太阳能电池各层中的研究取得了一定的成果。
产品列表
衬底层（TCO）众所周知，TCO层的主要作用是透光和导电。当纳米材料用于TCO层，材料的尺寸减小到纳米级别时，其光学性质会发生显著变化，因为它们的尺寸小于光波的波长，通常对可见光透明。其次，在纳米尺度上，电子的行为受到量子效应的影响，这可能导致电子更容易在材料中移动，从而提高导电性。纳米材料可以在保持较高透光率的同时，提供良好的导电性，这使得它们在衬底（TCO）层的作用极大。
百灵威可以提供的衬底层可用纳米材料有：
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| SnO2 Nanoparticles, 6-10nm, 5% in H2O colloidal dispersion, prime grade 优级纳米二氧化锡 | 18282-10-5 | 911321 |
| Tin(IV) oxide, 3 - 6 nm, 2.5% organic solvent dispersion 二氧化锡(IV) | 18282-10-5 | 926676 |
| Tin(IV) oxide, 99.5%, 30 - 80 nm 二氧化锡(IV) | 18282-10-5 | 139476 |
| Zinc oxide nanopowder, 99.5%, particle size: 10 - 30 nm, SSA: ≥110 m²/g 纳米氧化锌 | 1314-13-2 | 987552 |
| Nano zinc oxide aqueous solution, 20 mg/mL, ZnO particle size: 4 - 10 nm 纳米氧化锌水溶液 | 1314-13-2 | 900389 |
| Zinc oxide paste, 30wt.% solution in ethylene glycol/MeOH(1:1), ZnO particle size: 4-10 nm 氧化锌浆料 | 1314-13-2 | 961949 |
| Aluminum oxide, 97%, γ-phase, surface area ~185 m2/g 氧化铝 | 1344-28-1 | 902601 |
| Mesoporous TiO2 microspheres, diam:600-2500 nm,SSA:80-157 m2/g,pore size: 4.0-12 nm,pore volume:0.2-0.56 cm3/g 介孔二氧化钛亚微米球 | / | 2748683 |
| Titanium(IV) oxide nanopowder, 99.9%, anatase, particle size: 10 - 25 nm, SSA: 30 m²/g 纳米二氧化钛(IV) | 13463-67-7 | 931313 |
| Titanium(IV) oxide nanopowder, 99%, particle size: 20 nm, SSA: 30 m²/g 纳米二氧化钛(IV) | 13463-67-7 | 945209 |
当纳米材料用于电子传输层时，其较高的表面积与体积比，这意味着它们可以提供更多的活性位点，有助于电荷的传输和收集。许多纳米材料，如石墨烯、碳纳米管和某些二维材料，具有非常高的电子迁移率，这有助于快速传输电子，减少电荷在ETL中的积累和重组。还可以通过掺杂或其他表面修饰手段来调整其能级，以更好地与钙钛矿层的能级匹配，从而优化电荷传输。
百灵威可以提供的电子传输层可用纳米材料有：
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Tin(IV) oxide, nanoparticle (30-60 nm), (99.7%-Sn) 氧化锡(IV) | 18282-10-5 | 50-0518促 |
| Antimony(III) selenide, 99.999%, trace metals basis 硒化锑(III) | 1315-05-5 | 131555 |
| 硒化锑(III) 硒化锑(III) | 1315-05-5 | 401196 |
| Antimony(III) selenide, 99.999% (metals basis) 硒化锑(III), 99.999% (metals basis) | 1315-05-5 | 013130 |
| Cadmium selenide StremDots™ quantum dot (CdSe core) kit, 50umol/L in hexanes, 525-625nm peak emissions 硒化镉 | 1306-24-7 | 96-0800 危化品 |
| Cadmium selenide StremDots™ quantum dot (CdSe core), 50umol/L in hexanes, 525nm peak emission 硒化镉 | 1306-24-7 | 48-1011 危化品 |
| Cadmium selenide StremDots™ quantum dot (CdSe core), 50umol/L in hexanes, 550nm peak emission 硒化镉 | 1306-24-7 | 48-1017 危化品 |
| Titanium carbide, 97%, reagent grade, nano-ceramic powders 碳化钛 | 12070-08-5 | 9073444 |
| Titanium carbide, 99.9% 碳化钛 | 12070-08-5 | 592574 |
| Titanium carbide, 99% 碳化钛 | 12070-08-5 | 93-2205 |
纳米结构可以增加材料的表面积，提供更多的光吸收位点。此外，纳米颗粒的量子尺寸效应可以拓宽光吸收范围，增强光吸收能力。纳米材料通常具有优异的电荷传输性能，可以有效提高钙钛矿层中电子和空穴的迁移率，减少电荷在材料中的复合，从而提高电池的整体效率。纳米材料可以用来改善钙钛矿层的化学和物理稳定性。例如，通过在钙钛矿层中引入纳米颗粒，可以抑制相变和降解，延长电池的使用寿命。
百灵威可以提供的钙钛矿层用纳米材料有：
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| C3N4 dispersion 氮化碳乙醇-水分散液，浓度：0.1mg/mL 溶剂：乙醇-水混合液 | 7440-44-0 | 102043 |
| Carbon nitride dispersion 氮化碳水分散液，浓度：0.18mg/ml 溶剂：水 | 7440-44-0 | 102093 |
| Europium(III) oxide, 99.99%, for synthesis 氧化铕(III) | 1308-96-9 | 989690 |
| Europium(III) oxide, 99.99% 氧化铕(III) | 1308-96-9 | 162798 |
纳米材料通常具有高的电荷传输能力，这意味着它们可以更有效地收集和传输空穴，从而减少电荷在HTL中的复合，提高电池的整体效率。优化能级对齐：纳米材料的能级可以通过化学修饰进行调整，以更好地与钙钛矿层的能级对齐，这有助于降低界面处的能级失配，提高电荷传输效率。增强界面稳定性：纳米材料可以改善HTL与钙钛矿层之间的界面稳定性，减少界面缺陷，从而降低界面电荷重组，提高电池的长期稳定性。
百灵威可以提供的空穴传输层纳米材料有：
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Nickel oxide, 99%, particle size: 4-8nm, 2.5wt.% in n-hexanol colloidal dispersion 氧化镍 | / | 113317 |
| Mesoporous TiO2 microspheres, diam:600-2500 nm,SSA:80-157 m2/g,pore size: 4.0-12 nm,pore volume:0.2-0.56 cm3/g 介孔二氧化钛亚微米球 | / | 2748683 |
| Molybdenum trioxide, 99% 三氧化钼 | 1313-27-5 | 203179 |
| Molybdenum(VI) oxide (99.999%-Mo) PURATREM 三氧化钼 | 1313-27-5 | 42-1476 |
| Molybdenum trioxide, 99.97%, trace metals basis 三氧化钼 | 1313-27-5 | 974024新 |
纳米材料的比表面积高，快速的电子传输速率大大提高了电极材料的导电性和反应速率。此外，纳米材料由于其独特的晶体结构和表面特性，往往展现出友谊的电化学活性，有利于提高电极材料的能量利用效率。近年来以其作为钙钛矿太阳能电池对电极的研究取得了一定的成果。
百灵威可以提供的纳米电极材料有：
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| 碳化钛Ti3C2Tx MXene单层分散液(送滤纸) 浓度：0.5mg/ml溶剂：水 碳化钛Ti3C2Tx MXene单层分散液(送滤纸) 浓度：0.5mg/ml溶剂：水 | 12363-89-2 | 103899 |
| Ti2CTx (MXene) Multilayer nanoflake 碳化钛（Ti2CTx）MXene多层纳米片，纯度:约60-70wt% 状态:黑色粉末 | 12363-89-2 | 102525 |
| Nb4C3Tx(MXene) multilayer nanosheet 碳化铌(Nb4C3Tx) MXene多层纳米片，厚度:50-100 nm | 12069-94-2 | 103084 |
| 小片径碳化钛MXene薄层分散液 浓度:2 mg/mL 溶剂：水 小片径碳化钛MXene薄层分散液 浓度:2 mg/mL 溶剂：水 | 12363-89-2 | 102655 |
| Carbon nanotubes, single-walled, 95%, reagent grade, diam.: <2 nm, length: 1 - 3 μm 碳纳米管, 单壁式 | 308068-56-6 | 977980 |
| Carbon nanotubes, single-walled, 95%, reagent grade, diam.: <2 nm, length: 5 - 30 μm, SSA: >640 m2/g 碳纳米管, 单壁式 | 308068-56-6 | 924191 |
| Carbon nanotubes, multi-walled, 99.9%, reagent grade, inner diam.: 3 - 5 nm, outer diam.: 8 - 15 nm, length: 10 - 50 μm 碳纳米管, 多壁式 | 308068-56-6 | 983835 |
| Carbon nanotubes, multi-walled, 99.9%, outer diam.: 30-80 nm, length: <10 μm, specific surface area: ≥60 m2/g 碳纳米管, 多壁式 | 308068-56-6 | 921389 |
| Tungsten(VI) oxide, 99.95%, trace metal basis, 50 nm 三氧化钨(VI) | 1314-35-8 | 902134 |
| Titanium carbide, 97%, reagent grade, nano-ceramic powders 碳化钛 | 12070-08-5 | 9073444 |
| Titanium carbide, 99.9% 碳化钛 | 12070-08-5 | 592574 |
| Titanium carbide, 99% 碳化钛 | 12070-08-5 | 93-2205 |
| Graphene, 98%, reagent grade, thickness: 0.55 - 3.74 nm, diam.: 0.5-3μm, layers: <10 石墨烯 | 1034343-98-0 | 966627 |
| Graphene, 98%, reagent grade, thickness: 1 - 3 nm, layers: <3, size: >50 μm 石墨烯 | 1034343-98-0 | 953031 |
| Graphene quantum dots, 1 mg/mL dispersion in water, fluorescence: λem 520 nm 石墨烯量子点 | 1034343-98-0 | 998621 |
| Graphene oxide, 99%, reagent grade, thickness: 0.55 - 1.2 nm, diam.: 0.5 - 3 μm, layers: ＜3 氧化石墨烯 | 1034343-98-0 | 934143 |
| Nitrogen doped graphene, 98%, SSA: 100 - 300 m2/g, layers：≤3 氮掺杂石墨烯 | 1034343-98-0 | 900324 |
| Carbon nanotubes, multi-walled, as produced cathode deposit 炭黑 | 308068-56-6 | 06-0504 |
| Silver nanowires, 97%, 10 mg/mL dispersion in ultrapure water, diam.: 65 - 75 nm, length: 30 - 40 μm 银纳米线 | 7440-22-4 | 901621 |
| Silver nanowires, 98%, 20 mg/mL dispersion in ethanol, diam.: 100±5 nm, length: 100 - 200 μm 银纳米线 | 7440-22-4 | 901982 |
| Silver nanowires, 99.5%, 10 mg/mL dispersion in water, diam.: 50 - 70 nm, length: 30-40 μm 银纳米线 | 7440-22-4 | 902780 |
| Copper nanowires, 10 mg/mL dispersion in water, diam.: 40 - 230 nm, length: 10 - 30 μm 铜纳米线 | 7440-50-8 | 910447 |
| Copper nanowires, 98%, 10 mg/mL dispersion in water, diam.: 100 - 200 nm, length: 0.8 - 6 μm 铜纳米线 | 7440-50-8 | 940441 |
| Carbon nanofibers, 70%, outer diam.:200-600 nm, length:5-50 um 碳纳米纤维 | 308068-56-6 | 957016 |
| Carbon nanofibers, 95%, outer diam.:50-200 nm, length:1-15 um 碳纳米纤维 | 308068-56-6 | 980047 |
| Titanium(IV) oxide nanopowder, 99.9%, anatase, particle size: 10 - 25 nm, SSA: 30 m²/g 纳米二氧化钛(IV) | 13463-67-7 | 931313 |
| Titanium(IV) oxide (99.99+%-Ti) PURATREM 氧化钛 | 13463-67-7 | 93-2207 |
| Titanium(IV) oxide nanopowder Anatase 纳米级氧化钛，锐钛矿 | 1317-70-0 | 22-1400 |
| Nickel oxide, 99%, particle size: 4-8nm, 2.5wt.% in n-hexanol colloidal dispersion 氧化镍 | / | 113317 |
| Nickel(II) oxide (99.99%-Ni) PURATREM 氧化镍 | 1313-99-1 | 93-2833 |
| Cubic Ia3d mesoporous carbon, 99.6%, SSA: 500 m2/g, pore size: 3.2-6.6 nm, pore volume: 0.75-1.1 cm3/g 立方Ia3d介孔碳 | 7440-44-0 | 977413 |
| Ordered mesoporous carbon CMK-3, SSA: ≥800 m2/g, pore size: 3 - 7 nm, pore volume: 1.0 - 1.5 cm3/g 有序介孔碳CMK-3 | 7440-44-0 | 926976 |
| Disordered mesoporous carbon, SSA: 1300 - 1500 m2/g, pore size: 5 - 10 nm, pore volume: 2 - 2.5 cm3/g 无序介孔碳 | 7440-44-0 | 980671 |
| Zirconium(IV) oxide, 99%, particle size <0.045 mm 氧化锆(IV) | 1314-23-4 | 993529 |
| Zirconium(IV) oxide, 99.9%, trace metal basis, 200 nm 氧化锆(IV) | 1314-23-4 | 919448 |
其他通用材料
钙钛矿材料用试剂| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Cesium chloride, 99.99% 氯化铯 | 7647-17-8 | 926782 |
| Lead iodide, 99.999%, trace metals basis 碘化铅 | 10101-63-0 | 564538 |
| Lead(II) bromide, 99.999%, for perovskite solar cell use, super dry 二溴化铅 | 10031-22-8 | 961337 |
| Tin(II) iodide, 99.999%, for perovskite solar cell 碘化锡(II) | 10294-70-9 | 967129 |
| Formamidine hydroiodide, 98% 甲脒氢碘酸盐 | 879643-71-7 | 1862414 |
| Formamidine hydrobromide, 99.995%, Low water content, for perovskite solar cell 甲脒氢溴酸盐 | 146958-06-7 | 1862413 |
| Ethylenediamine Dihydroiodide, 99.8% 乙二胺二氢碘酸盐 | 5700-49-2 | 335587 |
| Ethylenediamine Dihydrobromide, 99.8% 乙二胺二氢溴酸盐 | 624-59-9 | 2074413 |
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| Fullerene C60, 99.5% 富勒烯 C60 | 99685-96-8 | 371111 |
| Methyl [6,6]-phenyl-C61-butyrate, 99.5%, for perovskite solar cell [6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯 | 160848-22-6 | 789343 |
| Bathocuproine, 99% 2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉 | 4733-39-5 | 231472 |
| 2,2’,7,7’-Tetrakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)-9,9’-spirobifluorene, 99.5%, for perovskite solar cell 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴 | 207739-72-8 | 965749 |
| Poly-TPD, average MW: 10,000 - 100,000 聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺] | 472960-35-3 | 1769701 |
| PTAA, average Mn: 20,000 - 40,000 聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺] | 1333317-99-9 | 1812309 |
| Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 99% 双(三氟甲磺酰)亚胺锂 | 90076-65-6 | 221472 |
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| 2,2’,7,7’-Tetrakis-(N,N-di-4-methoxyphenylamino)-9,9’-spirobifluorene, 99.5%, for perovskite solar cell 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴 | 207739-72-8 | 965749 |
| Poly-TPD, average MW: 10,000 - 100,000 聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺] | 472960-35-3 | 1769701 |
| PTAA, average Mn: 20,000 - 40,000 聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺] | 1333317-99-9 | 1812309 |
| Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, 99% 双(三氟甲磺酰)亚胺锂 | 90076-65-6 | 221472 |
| PEDOT: PSS（CLEVIOS™ P VP AI 4083） PEDOT: PSS, 型号为4083 | 155090-83-8 | 927751 |
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| SnO2 Nanoparticles, 6-10nm, 5% in H2O colloidal dispersion, prime grade 优级纳米二氧化锡 | 18282-10-5 | 911321 |
| Tin(IV) oxide, 3 - 6 nm, 3% organic solvent dispersion 二氧化锡(IV) | 18282-10-5 | 908545 |
| Tin(IV) oxide, 3 - 6 nm, 5% in H2O colloidal dispersion 二氧化锡(IV) | 18282-10-5 | 911753 |
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| FTO glass, L × W × thickness 100 mm × 100 mm × 2.2 mm, surface resistivity 6-8 Ω/sq, transmittance: 81%-83% FTO 导电玻璃 | / | 9250407 |
| ITO glass, L × W × thickness 100 mm × 100 mm × 1.1 mm, surface resistivity ~15Ω/sq, transmittance: ≥93% ITO 导电玻璃 | / | 9250411 |
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