钙钛矿太阳能电池调研报告.pdf

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1、钙钛矿太阳能电池调研报告报告人：李小磊指导老师：王金斌（教授）报告日期：2014年08月27日Contents11ClicktoaddTitle研究背景22ClicktoaddTitle文献调研13文献研读想法汇总ClicktoaddTitle24ClicktoaddTitle致谢1.研究背景太阳能是一种丰富的清洁安全无污染的能源，充分研究开发好太阳能对人类社会的可持续发展极其重要。太阳能电池能够将太阳光转化为电能，研究开发出廉价高效的太阳能电池是市场所期待的。目前，传统硅系太阳能电池虽然仍占据着主要的市场份额，但因其诸多缺点使得太阳能电池的大面

2、积推广使用障碍重重。为进一步解决这些问题，新一代太阳能电池如染料敏化、有机太阳能电池、量子点太阳能电池等研究热潮不断兴起。虽然近年来这些新型的太阳能电池效率取得长足进步，但依然困难重重、不能满足当前太阳能电池技术快速发展的需求。2009年，AkihiroKojima[1]首次将CHNHPbI和333CHNHPbBr制备成量子点(9-10nm)应用到太阳能电池中(染料333敏化太阳能电池，简称DSSC),研究了在可见光范围内，该类材料敏化TiO的太阳能电池的性能。最后，获得了3.8%的光电2效率,拉开了钙钛矿太阳电池研究的序幕。在随后短短的几年时间

3、内，钙钛矿太阳电池技术取得了突飞猛进的进展，能量转换效率已经超过了染料敏化太阳电池、有机太阳电池和量子点太阳电池。[1]KojimaA,TeshimaK,ShiraiY,etal.Organometalhalideperovskitesasvisible-lightsensitizersforphotovoltaiccells[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2009,131(17):6050-6051.2011年[1]，研究者将实验方案进行了改进与优化，制备的CHNHPbI量子点达到2-3nm,电池

4、效率增加了一倍达到了6.54%。333但是，由于部分金属卤化物在液态电解质中发生溶解，很大程度上降低了电池的稳定性与使用寿命，这是该电池的致命的缺点。[1].J.-H.Im,etal.Nanoscale,2011,3:4088-4093.2012年[1]，科学家将一种固态的空穴导体材料(holetransportingmaterials,简称HTM)引入到太阳能电池中，使得电池效率达到10%左右。HTM的使用，解决了电池的不稳定与难封装的问题，使得电池的商业价值增加。再加上电池的效率大幅增加，并还有进一步提升的可能性，正式开启了钙钛矿太阳能电池的

5、研究热点。[3].JinHyuckHeo,SangHyukIm,etal.J.Phys.Chem.C2012,116,20717−20721目前最高效率的钙钛矿太阳能电池为加利福尼亚大学杨阳教授课题组的19.3%[2]。2014年第一期英国《Nature》周刊甚至预计今年钙钛矿太阳电池的能量转换效率会达到20%，也就是达到目前技术已经比较成熟的CuInGaSe薄膜太阳电池的水平，从而为钙钛矿太阳电池的产业化发展指明方向。[2]ZhouH,ChenQ,LiG,etal.Interfaceengineeringofhighlyefficientper

6、ovskitesolarcells[J].Science,2014,345(6196):542-546.钙钛矿太阳能电池效率发展钙钛矿太阳能电池优势钙钛矿太阳能电池发展历程2.文献调研2.1钙钛矿太阳能电池原理与结构钙钛矿太阳电池（PerovskiteSolarCells）是以具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物（简称：钙钛矿）等作为核心光吸收、光电转换、光生载流子输运材料的太阳电池。钙钛矿太阳电池所采用的这种具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物光吸收体具有良好的光吸收、光电转换特性以及优异的光生载流子输运特性，其电子与空穴扩散长度均可超过1000nm。

7、钙钛矿CHNHPbX结构3331.Lightextinctioncoefficiency10timeshigherthanDyes2.Stability3.BandgapcontrollableCHNHPbX晶体结构随温度变化而变化333-111℃以下正交结构四方时为铁电晶体顺电相猜想：四方结构时-111℃-54℃四方结构晶体自发极化，电荷中心偏移，使得电子空穴得以分离，离开相应晶54℃以上立方结构胞？CHNHPbX遇水分解（稳定性问题）333能带角度理解单纯从能量的角度看：吸光层产生电子-空穴对后，子由吸光层材料(CHNHPbX)的导333带传

8、输到导带能量较低的ETM材料(TiO)上，随后到达FTO；空穴2由吸光层材料的价带传输到费米能级较高的C材料上。因此，选择各功能层材料时