钙钛矿型CH3NH3PbX3(X3dI、Br)薄膜的制备及其平面异质结太阳电池的性能分析

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1、-桂林理工大学硕士学位论文——————————————————————————————————————————————5.1主要结论..........................................................................................................415.1展望.................................................................................................................41参考文献..

2、..............................................................................................................43致谢........................................................................................................................49IX----万方数据----桂林理工大学硕士学位论文——————————————————————————————————————

3、————————第一章绪论5.1引言最近的研究预测表明，目前到2030年间，全世界范围内光伏发电量将占到发电总量的三分之一[1]。近几十年来，为了实现大规模高效利用太阳能，光伏产业的力量不仅集中于突破降低光伏硅电技术中的制造成本，对光伏新材料的探索脚步也逐步加快。继晶体硅类薄膜太阳能后，出现了无机化合物类(砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒化合物等)、有机化合物类、染料敏化类、钙钛矿等薄膜太阳能电池[4]。本文研究的新一代的钙钛矿型有机无机杂合卤化物材料在光伏领域已显示出诱人的应用前景，其在光电转化效率和生产应用成本上这两个关键方面上的巨大潜力使其成为取代硅基太阳能电池的有力竞争者和继承者[2-6]。5

4、.2钙钛矿型有机-无机杂合晶材料特点5.1钙钛矿型晶体结构钙钛矿结构化合物在自然界中存在广泛且数量众多，最初发现是存在于钙钛矿石中的钛酸钙(CaTiO3)化合物，以俄罗斯地质学家Perovski的名字命名。这类化合物自发现以来一直被广泛的研究关注，是一类重要的化合物。典型的钙钛矿结构化合物可表示成ABX3,其中B离子是诸如Ti、Fe、Pb等的元素可与它周围的6个X离子可配位形成八面体的金属阳离子,它们以共顶点的方式连接;X是可与B配位形成八面体的阴离子，如O2-、Cl—、Br—、I—卤素等；A是能平衡BX3阴离子电荷使体系呈电中性的金属阳离子,可由Ca、Ba、Sr、Pb、K、Se、Y以及从La

5、到Lu的斓族等20多种金属元素构成，如图1.1a所示[7]。在阳离子被其它离子所取代，理想结构发生扭曲的变形钙钛矿结构晶体或是八面体(BX6)发生倾转的反钙钛矿结构晶体则更为常见，比如BaTiO3。1----万方数据----桂林理工大学硕士学位论文——————————————————————————————————————————————图1.1钙钛矿晶胞结构Fig1.1Perovskitecrystalcellstructure本论文研究的有机/无机杂化钙钛矿是立方型钙钛矿（ABX3）的衍生物。有机铵阳离子A，金属阳离子M2+和阴离子X-（大多为卤素元素）通过强配位键形成了无机八面体结构MX

6、64-，M位于卤素八面体的体心，X通过与八面体顶点的共顶连接，并在三维空间的方向上无限延伸，形成了网络状的框架结构；有机铵阳离子A填充于共顶的八面体所形成的空隙中，例如图1.1b[8]所示。若将此三维杂化钙钛矿结构沿着某一个晶面取向切成片层，这些片层结构即可看作二维层状的钙钛矿结构。按晶面取向，可分为<100>、<110>和<111>三种，其中最简单常见的结构为<100>取向杂化钙钛矿，其通式为(RNH3)2An-1BnX3n+1[9]。这里RNH3+为脂肪族（直链）或芳香族有机铵阳离子，A为CH3NH3+、K+、Na+等一价阳离子，B主要为IVA族金属（Pb2+、Sn2+、Ge2+），也包括

7、如Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Pd2+、Cd2+等二价阳离子。5.1钙钛矿型晶体特性本论文研究的钙钛矿型有机铅杂合卤化物是一类典型的长程有序晶体材料，无机框架有序地将无机组分结合在单分子上，有机成分优良的自组装性、成膜性与无机组分提供的高规整性、高迁移率及稳定性结合，使其易于低温加工成膜。由于有机组分与无机组分交替堆积，形成了层状的有机/无机杂化钙钛矿，使此类结构都具有量子阱