钙钛矿太阳能电池中吸光材料的发展现状

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1、第44卷第3期江汉大学学报（自然科学版）Vol.44No.32016年6月J.JianghanUniv.（Nat.Sci.Ed.）Jun.2016钙钛矿太阳能电池中吸光材料的发展现状文丹，张正涛，付成（江汉大学交叉学科研究院，湖北武汉430056）摘要：钙钛矿材料作为光吸收层的太阳能电池是一种广受关注的新型太阳能电池，其光电转换效率从2009年的3.8％快速增加到2014年的19.3％。综述了钙钛矿材料的光电性质、制备方法和研究进展，分析了其研究趋势及需要解决的问题，并对钙钛矿太阳能电池的未来发展进行了展望。关键词：钙钛矿太阳能电池；制

2、备法；溶液法；气相法中图分类号：O614.41；TM914.4文献标志码：A文章编号：1673-0143（2016）03-0209-06DOI：10.16389/j.cnki.cn42-1737/n.2016.03.003DevelopmentStatusofLightAbsorbersinPerovskiteSolarEnergyCellsWENDan，ZHANGZhengtao，FUCheng（InstituteforInterdisciplinaryResearch，JianghanUniversity，Wuhan430056，H

3、ubei，China）Abstract：Usingperovskitematerialsaslightabsorbersofsolarcellsisawidelyconcernednewtypeofso⁃larcells，thepowerconversionefficiencyofperovskitesolarcellsrapidlyincreasedfrom3.8%to19.3%duringtheyearfrom2009to2014.Thispaperreviewstheopticalproperties，thepreparation

4、methodsandthecurrentresearchprogressofperovskitematerials，analyzestheresearchtrendsandtheproblemstobesolved，andprospectsthefuturedevelopmentoftheperovskitesolarcells.Keywords：perovskitesolarenergycells；preparationmethods；solutionprocessmethod；vapordepositionmethod0引言基于有机

5、金属卤化物的钙钛矿太阳能电池光电转效率高且原料成本低。2009年，AKIHIRO等率先通过将薄薄的一层钙钛矿材料（CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3）作为吸光层应用于染料敏化太阳能电池来制［1］备钙钛矿太阳能电池，光电转换效率仅为3.8%。由于钙钛矿中的金属卤化物容易被电池的液体电解［2］质破坏，导致电池稳定性低、寿命短。2012年，KIM等将spiro-MeOTAD作为一种固态的空穴传输材料（holetransportmaterials，HTM）引入钙钛矿太阳能电池，电池光电转换效率提高到了9.7%，并解决了电池不稳定的问题

6、，新型的全固态钙钛矿太阳能电池相比液体电解液电池更容易封装。在钙钛矿太阳能电［3］池相关研究中还发现，钙钛矿材料不仅吸光性好，也是不错的电荷运输材料。2012年，LEE等用铝材（Al2O3）代替TiO2，使得钙钛矿材料在电池中不仅是光的吸收层，同样也作为传输电荷的半导体材料。由［4］此，钙钛矿电池的转换效率攀升到15％。BURSCHKA等通过优化钙钛矿CH3NH３PbI３薄膜制备方法，［5］使CH3NH3PbI3组成的太阳能电池转换效率提高到15％。2014年，ZHOU等通过改进钙钛矿结构层，选择更适合传输电荷的材料，让电池两端的电极能

7、收集更多的电荷，钙钛矿太阳能电池的转换效率最高达到了19.3％。收稿日期：2016-03-14作者简介：文丹（1988—），女，实验员，硕士，研究方向：纳米电材料。210江汉大学学报（自然科学版）总第44卷1钙钛矿太阳电池的工作机理［6-7］钙钛矿电池的核心材料是有机金属卤化物CH3NH３MX３，其晶体结构为钙钛矿晶型，WEBER于1978年首先报道了其结构和物理性质。钙钛矿材料的分子通式为AMX3，其中A为有机阳离子，M为Pb、Cd或Sn，X为I、Cl或Br。金属阳离子和卤素阴离子形成正八面体结构，由有机正离子嵌入其中来平衡电荷。［8

8、］［9］［10］关于钙钛矿材料的霍尔效应导电率、光谱和激子的性质、理论能级结构计算等已有相关研究。虽然CH3NH3PbX3钙钛矿光伏器件的性能很快得到提高，但这种材料产生和传输光电流的原理还有待进一步研究。