高效率钙钛矿太阳电池发展中的关键问题

《高效率钙钛矿太阳电池发展中的关键问题》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.3(2015)038404专题:新型太阳能电池专题高效率钙钛矿太阳电池发展中的关键问题杨旭东陈汉毕恩兵韩礼元y(上海交通大学材料科学与工程学院,金属基复合材料国家重点实验室,上海200240)(2014年11月13日收到;2014年12月18日收到修改稿)钙钛矿太阳电池的迅速发展为解决未来能源问题带来一线曙光.但是,钙钛矿太阳电池在高效率电池器件的可重现性、稳定性以及性能评估等方面还面临着很多问题,严重制约其今后的发展.本文综述了钙钛矿太阳电

2、池面世以来发生的重要进展,以及存在的几个关键性问题.从器件基本结构和基本工作原理出发,本文重点讨论了光吸收层的光谱和形貌等性质对器件性能和可重现性的影响,阐明了电子传输层和空穴阻隔层的重要作用,论述了空穴传输层的相关进展以及其对器件稳定性的影响.通过对以上关键问题的讨论和总结,本文对钙钛矿太阳电池未来的研究发展进行了展望.关键词:太阳电池,钙钛矿,可重现性,稳定性PACS:84.60.Jt,88.40.hj,72.40.+wDOI:10.7498/aps.64.038404宜、更易生产,《科学》(

3、Science)期刊把它评为20131引言年的10大科学突破之一.随着电池工艺的进一步发展和成熟,钙钛矿太阳电池有望获得20%以上的随着人类社会发展对能源需求的与日俱增以能量转化效率,有着广泛的应用前景.及传统化石能源的日益减少,未来面临一个很大的钙钛矿型材料典型结构分子式为挑战就是需要寻找一种可再生的新能源来代替传AMX3(图1).其中,A和M代表不同的阳离子,统的化石能源.太阳能以其取之不尽,用之不竭而与阴离子X键合形成CaTiO3型晶格结构.常见的又环保等特点而受到重视.以光伏效应为工作原理

4、钙钛矿材料,主要包括无机氧化物钙钛矿材料(A:的太阳电池,可以将太阳能直接转化为工业和生活Mg2+,Ca2+,Ba2+,Sr2+等;B:Ti4+,Si4+等;X:使用的电能,是解决人类能源危机最具潜力的科技O2)和卤族化合物钙钛矿材料(A:Li+,Na+,K+,之一.目前光伏技术的应用已经为我们提供了装机Rb+,Cs+等;B:Be2+,Mg2+,Ca2+,Sr2+,Ba2+,容量超过10GW的产品,其中占主导地位的为硅Zn2+,Ge2+,Sn2+,Pb2+等;X:F,Cl,Br,I等).基太阳电

5、池;但是因为其制备成本较高,工艺复杂,能否成为人类未来的主要清洁能源,发展中的太阳2009年,Miyasaka研究组率先通过将薄薄的一层电池不断遭受着质疑.因此,寻找成本低廉,制备钙钛矿材料(CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3),当工艺简单的新型太阳电池就很有必要.自2009年做吸光层应用于染料敏化太阳电池.当时的光电转换率为3.8%[1].后来研究者对电池进行了改进,开始,以有机-无机钙钛矿材料为基础的新型太阳电池得到了广泛瞩目,在短短几年内,其能量转化转换效率一下翻了一倍.虽然转换效

6、率提高了,但效率从开始的3%快速提高至15%以上,在国际上还要面对一个致命问题——钙钛矿中的金属卤化掀起了一个研究热潮[111].钙钛矿太阳电池的转物容易被电池的液体电解质破坏,导致电池稳定性换效率进步如此之大,而且比传统的硅电池更便低,寿命短.2012年8月,由Grätzel领导的韩国成上海交通大学211三期工程项目(批准号:WS3116205009)资助的课题.†通信作者.E-mail:han.liyuan@sjtu.edu.cn©2015中国物理学会ChinesePhysicalSoci

7、etyhttp://wulixb.iphy.ac.cn038404-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.64,No.3(2015)038404c(b)(a)aAbsorbanceTime(hour)AbsorbanceWavelength(nm)Ag(c)Spiro-OMeTADPhotoactiveLayerPerovskiteMesoporousOxideCompactTiO2FTOGlass图1钙钛矿材料的(a)晶格结构、(b)吸收光谱,以及(c)钙钛矿太阳电池基本结构示意图和SEM

8、截面图[4]均馆大学与洛桑理工学院实验室将2,2’,7,究小组在钙钛矿太阳电池研究领域取得重要进展.7,‘-tetrakis-(N,N-dimethoxyphenyl-amine)-9,9’-他们发展了一种新的液相沉积工艺制备钙钛矿太spirobifluorene(spiro-MeOTAD)作为一种固态的阳电池,新闻报道称他们获得的光电转换效率高达空穴传输材料(holetransportmaterials,HTM)引20.1%.加州大学洛杉矶分校的华裔科学家杨阳领入太阳电池,使电池效