钙钛矿太阳能电池的发展与工作原理.pdf

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1、·36·科技论坛钙钛矿太阳能电池的发展与工作原理Perovskitesolarcells：developmentandworkingprinciple王琛（哈尔滨工程大学理学院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：简要回顾了钙钛矿太阳能电池的发展历史，说明了钙钛矿太阳能电池属于染料敏化太阳能电池的一种。介绍了钙钛矿晶体的结构。分层次解释了钙钛矿太阳能电池的结构及工作原理。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经超过了晶体硅太阳能电池。在未来的发展中，钙钛矿太阳能电池很有可能成为下一代薄膜太阳能电池。指出了钙钛矿太阳能电池由于空穴传输层的材料造价昂贵等缺点导致其无法大规模生产

2、,并简单介绍了解决缺点的最新研究工作。关键词：钙钛矿太阳能电池；染料敏化太阳能电池；空穴传输层Abstract:Developmenthistoryofperovskitesolarcellsisbrieflyreviewed.Perovskitesolarcellsaresolid-statedye-sensitizedsolarcells.Describesthestructureofperovskite.Describingthestructureandworkingprincipleofperovskitesolarcells.Theenergyconve

3、rsionef－ficiencyofperovskitesolarcellshasexceededtheamorphoussiliconsolarcells.latter.Aconclusionisdrawnthatperovskite-basedsolarcellsareexpectedbecomingthenextgenerationthin-filmsolarcells.Thebottleneckofmarketizationforperovskite-basedsolarcellsisthefabricationofexpensiveholetranspo

4、rtationlayer.Theresearchesaimtoresolveitaresummarized.Keywords：Perovskitesolarcells;Solid-statedye-sensitizedsolarcells;Holetransportlayer进入21世纪以来，随着世界人口的持续增长，工业化、城市化速度的加快，能源的消耗速度也越来越快。在不可再生能源煤、石油、天然气的储备量越来越少的情况下，太阳能———一种庞大的、取之不尽用之不竭的新型可再生能源受到业界的广泛关注。而现如今，天阳能最常见的利用方式就是太阳能电池。1太阳能电池发展现状

5、迄今为止，太阳能电池一共可分为三代，第一代太阳能电池为硅基太阳能电池。它凭借着较为成熟的技术与较高的光电转化效率在光伏市场上找有89%的巨大份额。其中，以单晶硅太阳能电池的转化效率最高，技术最为成熟，应用最为广泛。但因其制作成本较高，使得其在大规模生产应用上受图1钙钛矿晶体结构图到了限制。第二代太阳能电池是薄膜太阳能电池，包括碲化镉、铜铟镓2钙钛矿太阳能电池的工作原理硒化合物，砷化镓电池等，用气相沉积法得到薄膜。虽然，第二代2.1钙钛矿晶体结构太阳能电池拥有更短的能量偿还周期，但因其高额的制造成本钙钛矿晶体是结构为钙钛矿晶型的一类晶体的总称，属于一与较低的光电转化

6、效率以及电池自身的稳定性不够好等缺点，种半导体，它的分子结构为ABX3，其中A为有机阳离子，例如[1]CHNH+；B为+2价的Sn2+，Cd2+或Pb2+等阳离子；X为Cl-，Br-或使得其并没有被广泛的应用。33I-等卤素阴离子。例如铅钙钛矿，其分子式为CHNHPbI，其晶第三代太阳能电池是近几年新兴的新型太阳能电池，它包333体由1个CHNH+离子、1个Pb2+离子和3个I-离子组成,金属括染料敏化太阳能电池(DSSC)，量子点太阳能电池，体异质结太33阳能电池(BSC)等。作为一种新型的能源技术，它具有成本低廉、阳离子和卤素阴离子组合形成了正八面体结构,而有

7、机正离子制备简单等优点，但是其转化效率有待提高[2，3]。对此以钙钛矿为处于正中间起到了平衡电荷的作用，其结构如图1所示。吸光材料的太阳能电池问世了。CH3NH3PbI3是一种半导体染料，其禁带宽度为1.55eV，说明染料敏化太阳能电池是在1991年被提出的，当时的技术还其原子核对核外电子的束缚能量不是很强，因此，在其受到外界很不成熟，因此效率还很低[4]。直到2011年，科学家们尝试用多光照射时电子很容易摆脱原子核从而形成电流；它产生的激子孔的TiO2、有机敏化机和钴电解质制作的DSSC的效率达到了只有约0.03eV的束缚能，意味着这些激子在室温下很容易分解12

8、%.至此之