钙钛矿简述介绍课件.ppt

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1、钙钛矿太阳能电池戚明月2016年1月1.太阳能电池的分类1.1晶体硅太阳能电池1.1.1单晶硅太阳能电池（转化率最高，但成本高、工艺繁锁）1.1.2多晶硅太阳能电池（成本低，但缺陷、杂质影响性能）1.1.3非晶硅太阳能电池（吸收率高、成本低，但稳定性、转化率不高）1.2化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，碲化镉和铜铟镓硒。薄膜成本较硅基电池低，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染，稀有金属硒成本高。a-Si、CdTeandCIGS薄膜效率不高源于复合电流大，开路电压低。1.3聚合物太阳能电池三明治结构：正极TCO导电玻璃，负极金属薄片，夹心聚合物光活性层。有

2、机聚合物来源广、制备易、质量小、柔性好，但光转换效率低。1.太阳能电池的分类1.4光敏化太阳能电池（钙钛矿太阳能电池的兴起得益于染料敏化太阳能电池技术的发展）1.4.1染料敏化太阳能电池DSSC多孔性TiO2薄膜吸附单层吸光染料分子，如钌金属衍生物。（制备易，污染低，且不需要大型无尘设备，但染料成本高，不稳定等）1.4.2量子点敏化太阳能电池QDSSC采用窄带隙的无机半导体材料代替染料作为敏化剂，若将这些材料控制在量子效应范围内，则成为量子点敏化剂。使用量子点作为敏化剂的太阳能电池称为量子点敏化太阳能电池。其具有以下4个量子效应，可以增强光电转换效率。1.太阳能电池的分类2.量子点

3、敏化太阳能电池的优势（选看）原理是同样适用于钙钛矿2.1量子限制效应：当半导体体材料构成的原子数极大时，电子能级呈现为连续带状，实际上是由无数能级间隔极小的电子能级所构成。当粒子尺寸下降时，原子数大幅度减少使得电子能级间隔变大，连续状的能带逐渐分裂。在量子尺度的空间中，由于电子被限制在狭小的范围内，平均自由程缩短，电子容易变成激子。粒径越小，激子浓度越高，激子的吸收与发光效应将会更加明显，即量子限制效应。控制钙钛矿的制备，观察形貌2.1碰撞离化效应：又称多激子激发效应，指在一个半导体材料中，当外界提供大于2个能带的能量时，被激发的电子会以热电子的形式存在，当此热电子由高能级激发态回

4、到低能级激发态时，所释放的能量可将另一个电子由价带激发到导带，此称为碰撞离化效应。（可以增加光电流。）2.1俄歇复合效应：指一个热电子与空穴因复合所释放的能量，可趋使一个热电子向更高的能级跃迁，由此延长导带中热电子的寿命。当半导体达到量子尺寸时，连续的导带逐渐分裂成许多细小的能级，使得热电子冷却速度变慢，所以碰撞离化效应和俄歇复合效应能有效发挥。2.量子点敏化太阳能电池的优势2.1.4小带效应：半导体材料在量子化后会产生能带分裂现象，在各量子点之间会产生许多细小而连续的能级，称为小带。这种能级结构可以降低热电子的冷却速率，且为热电子提供许多良好的传导和收集路径，使热电子能在较高能级

5、处向外传出，因此可以得到较高的光电压。2.量子点敏化太阳能电池的优势3钙钛矿太阳能结构及其机理3.1钙钛矿结构及其特点。钙钛矿(perovskite)材料是指具有与CaTiO3相同晶体结构的一类有机-无机杂化材料,属于半导体。其化学通式为AMX3,其中A一般为有机阳离子CH3NH3+及HN=CH(NH3)+等,M为二价金属离子Pb2+或Sn2+等,X为Cl,Br或I等卤素离子。钙钛矿太阳能电池目前所用的钙钛矿材料通常为CH3NH3PbI3,在室温下是扭曲的三维结构。通过更换或部分引入不同大小的离子,进而获得具有更稳定晶体结构的钙钛矿材料,其对于环境的稳定性也会因此受到影响.eg.H

6、N=CH(NH3)PbI3的稳定性优于CH3NH3PbI3.3.2钙钛矿太阳能电池的制备钙钛矿太阳能电池的制备工艺大致如下:覆盖透明导电玻璃FTO(Fluorine-dopedtinoxide)层的衬底作阳极,在其上旋涂一层TiO2,然后500~550℃退火得到多孔TiO2薄膜;接着用旋涂法或者气相沉积法沉积一层厚度约300nm的CH3NH3PbIxCl3-x钙钛矿;然后再用旋涂法沉积一层Spiro-OMeTAD作为空穴传输层;最后用热蒸发法沉积一层银或者金作为阴极。钙钛矿太阳能电池结构见右图。其中空穴传输层Spiro-OMeTAD和下方的多孔TiO2/钙钛矿是相互浸润的,其厚度小

7、于500nm。各层的制备、形貌结构和厚度等都会直接影响钙钛矿太阳能电池的光伏性能。3.3钙钛矿太阳能电池的发光机理钙钛矿太阳能电池本质上是一种固态染料敏化太阳能电池。它具有类似于非晶硅薄膜太阳能电池的N-I-P结构。钙钛矿材料作为光吸收层(I本征层)夹在电子传输层(N型)和空穴传输层(P型)之间。钙钛矿CH3NH3PbI3的禁带宽度为1.5eV。当能量大于其禁带宽度的入射光照射钙钛矿材料时,激发出电子空穴对,电子空穴对在钙钛矿中传输,到达TiO2/钙钛矿和钙钛矿/HT