2015陈志坚钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展
新型太阳能电池技术——钙钛矿太阳能电池介绍及研究进展
新型太阳能电池技术——钙钛矿太阳能电池介绍及研究进展钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cell）是一种新型高效、低成本的太阳能电池技术，在过去十年间取得了显著的研究进展。
本文将介绍钙钛矿太阳能电池的工作原理、发展历程以及最新研究进展。
首先，让我们来了解钙钛矿太阳能电池的工作原理。
钙钛矿太阳能电池的关键是钙钛矿材料的应用。
钙钛矿是一种结构具有类似于自然矿物钙钛矿的化合物，它具有非常优异的光电传导性能。
钙钛矿材料的吸收能力极强，可以捕捉到光谱范围内大部分的太阳光，并将其转化为电能。
钙钛矿太阳能电池的结构主要由四个部分组成：透明导电玻璃基底、电子传输层、钙钛矿吸收层和阳极。
当太阳光照射到钙钛矿吸收层上时，其中的电子被激活并跃迁到导电层，形成电荷载流子。
然后，载流子在导电层中传输，最终通过阳极和外部电路输出电能。
钙钛矿太阳能电池的关键在于高效的电子传输过程和长寿命的载流子。
随着钙钛矿太阳能电池的发展历程，研究者们持续改进材料和工艺，使其效率和稳定性达到了令人瞩目的水平。
在2012年，第一次报道了一种钙钛矿太阳能电池的高效率制备方法，使得其光电转换效率超过了10％。
此后，研究者们不断改进材料配方和工艺，并有效提高了钙钛矿太阳能电池的效率。
到2019年，最高效率的钙钛矿太阳能电池已经达到了25.2％，接近传统硅基太阳能电池的水平。
此外，钙钛矿太阳能电池还具有其他突出的特点。
首先是其制备成本相对较低。
传统硅基太阳能电池制备过程复杂，生产成本高昂，而钙钛矿太阳能电池的制备过程相对简单，所需材料成本较低，因此有望降低太阳能发电的成本。
其次，钙钛矿太阳能电池具有灵活性，可以制备出薄膜形式，因此可以应用于曲面等特殊形状的光伏系统。
最后，钙钛矿太阳能电池具有很高的光吸收系数，可以充分吸收室外和室内的光线，因此对于光能的利用率较高。
然而，钙钛矿太阳能电池仍然面临一些挑战。
首先是其稳定性问题。
由于钙钛矿材料的化学稳定性差，容易受潮、氧化和光降解，导致电池性能下降。
钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备及性能研究
钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备及性能研究钙钛矿太阳能电池是一种新兴的高效太阳能转换技术，其独特的材料组成和工作原理使其在可再生能源领域具有巨大的应用潜力。
其中，TiO2作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层起着重要的作用。
本文将对TiO2电子传输层的制备方法及其性能进行研究，并探讨其对钙钛矿太阳能电池工作效率的影响。
首先，我们将介绍几种常用的TiO2电子传输层制备方法。
常见的方法包括溶胶-凝胶法、射频磁控溅射法和层状化学气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种简单且可扩展的方法，通过将适当浓度的TiO2前驱体溶液在基底上自旋涂敷，然后进行热处理来制备TiO2薄膜。
射频磁控溅射法则利用高能量粒子轰击靶材产生的离子组分沉积在基底上形成TiO2薄膜。
层状化学气相沉积法则通过连续变化反应区域中的气流温度和浓度，使TiO2从气相中沉积在基底上形成薄膜。
这些方法各有优劣，并且可以根据具体需求选择适合的制备方法。
接下来，我们将研究TiO2电子传输层的性能及其对钙钛矿太阳能电池效率的影响。
首先，我们将考察TiO2薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性质等方面的特征。
X射线衍射（XRD）可以用于确定TiO2薄膜的晶相，扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）则可以观察到薄膜的表面形貌和粗糙度。
紫外可见吸收光谱和透射电子显微镜（TEM）能够提供关于材料的光学性质和能带结构的信息。
进一步地，我们将研究TiO2电子传输层与钙钛矿吸光层之间的接触界面特性。
界面电子传输效率的提高对于钙钛矿太阳能电池的光电转换效率至关重要。
通过阻抗谱分析和暗电流密度测试等方法，我们可以评估TiO2电子传输层与钙钛矿吸光层之间的电子传输效率和接触电阻。
同时，我们还可以通过测量光电流-光压力（IPCE）和短路电流（JSC）等参数来评估钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
最后，我们将讨论TiO2电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响。
TiO2电子传输层的制备方法和性能参数将直接影响到钙钛矿太阳能电池的光电转换效率、开路电压（VOC）和填充因子（FF）等关键参数。
钙钛矿太阳能电池研究历程
钙钛矿太阳能电池研究历程钙钛矿太阳能电池，是指以钙钛矿（perovskite）为主要光吸收层材料的一种新型太阳能电池。
该电池具有高光电转换效率、低制造成本、方便制备等优点，备受学术界和工业界的关注。
下面，我们来看看钙钛矿太阳能电池的研究历程。
1954年，第一台晶体硅太阳能电池成功制造出来，自此开始了太阳能电池的研究和发展。
然而，由于硅太阳能电池制造工艺复杂、价格高昂等问题，一直未能成为商业化的主流产品。
时至今日，太阳能电池的市场份额还不到全球能源消费的1%。
因此，寻求更为高效的太阳能电池技术势在必行。
2009年，杨阳和格拉茨尔博士分别在瑞士和韩国团队中实现了作为光敏剂的钙钛矿材料的首次利用，成为了钙钛矿太阳能电池的开端。
他们的工作表明，钙钛矿具有优异的光电性能，可以作为高效的光电材料。
2012年，日本筑波大学研究团队使用钙钛矿作为光敏材料，首次实现了光电转换效率达到了10%以上的钙钛矿太阳能电池，并引起了广泛关注。
而2013年，英国牛津大学和韩国科学技术院的研究团队分别实现了钙钛矿太阳能电池效率突破15%和20%，这开辟了钙钛矿太阳能电池发展领域的新4 ，也拓展了太阳能电池的发展空间。
2016年，澳大利亚悉尼大学的研究团队在不用稳定层保护的情况下，制备出了12.1 %的钙钛矿太阳能电池，证明了该电池具有极高的稳定性和丰富性，这也为钙钛矿太阳能电池进一步发展提供了基础。
如今，钙钛矿太阳能电池的高效率已经得到广泛认可，已经有不少科技公司开始将其商业化。
仅仅在不到10年的时间里，钙钛矿太阳能电池在短时间内迅速发展，成为了太阳能电池研究的一大亮点。
但是，由于钙钛矿材料的稳定性以及其互补性等问题，目前钙钛矿太阳能电池的商业化普及程度还有待商榷。
总的来说，钙钛矿太阳能电池是太阳能电池研究的一个重要方向，也是未来太阳能电池发展的潜在可能。
未来，随着太阳能电池技术的不断提升和成本的下降，太阳能电池有望成为重要的清洁能源和可再生能源的主力之一。
钙钛矿太阳能电池及其空穴传输研究综述
钙钛矿太阳能电池及其空穴传输研究综述下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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钙钛矿材料在光电领域中的应用研究
钙钛矿材料在光电领域中的应用研究引言：随着科技的不断进步和创新，光电领域的研究也得到了飞速发展。
作为光电领域中一种重要的材料，钙钛矿材料因其独特的光电性能引起了广泛的关注。
本文将探讨钙钛矿材料在光电领域中的应用研究，包括太阳能电池、光电发光器件以及光电传感器三个方面。
太阳能电池：太阳能电池作为一种可再生能源技术，具有巨大的潜力。
然而，传统的硅基太阳能电池存在着功率转换效率低、制造成本高等问题。
钙钛矿太阳能电池以其优异的光电转换效率和低成本制备工艺成为近年来研究热点。
钙钛矿太阳能电池的优势在于其材料与工艺的灵活性：可以通过化学合成、溶液处理等方法来调节其能带结构和光吸收特性。
通过改变钙钛矿薄膜的组分和结构，可以实现对太阳能光谱的高效吸收。
同时，钙钛矿材料具有高载流子迁移率和长寿命的特点，使得光电转换过程更加高效稳定。
光电发光器件：除了太阳能电池，钙钛矿材料在光电发光器件中也有广泛的应用。
由于其独特的光电特性，钙钛矿材料具有较高的光致发光效率和发光纯度。
与传统的发光材料相比，钙钛矿材料在发光器件中表现出更强的光致发光性能与更丰富的发光颜色。
目前，钙钛矿材料已经成功应用于LED灯、显示屏和照明等领域。
例如，采用钙钛矿薄膜作为发光层的LED灯具具有更高的亮度和色彩饱和度，使得照明效果更加舒适和自然。
此外，钙钛矿材料还可应用于激光器、光纤通信器件等高功率器件的制备，其稳定性和发光效率优势也将为这些应用带来新的突破。
光电传感器：随着物联网技术的快速发展，光电传感器在环境监测、智能家居以及医疗设备等方面的应用也逐渐成为研究热门。
而作为一种高灵敏度和高选择性的传感器材料，钙钛矿材料被广泛应用于光电传感器领域。
由于其特殊的晶体结构和能带特性，钙钛矿材料对光的吸收、传导过程非常敏感。
这使得钙钛矿材料在环境检测、生物传感、光学通信等领域有着广泛的应用前景。
例如，在环境检测中，钙钛矿材料可以通过感光效应来检测大气污染物的浓度和类型。
钙钛矿太阳能电池研究进展与发展现状
温馨小提示：本文主要介绍的是关于钙钛矿太阳能电池研究进展与发展现状的文章，文章是由本店铺通过查阅资料，经过精心整理撰写而成。
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钙钛矿太阳能电池研究进展与发展现状（大纲）一、引言1.1钙钛矿太阳能电池的背景及意义1.2国内外研究现状概述二、钙钛矿材料的基本性质与特点2.1钙钛矿材料的晶体结构2.2钙钛矿材料的电子结构与光学性质2.3钙钛矿材料的优势与挑战三、钙钛矿太阳能电池的工作原理3.1光电转换过程3.2载流子传输与复合过程3.3钙钛矿太阳能电池的结构与分类四、钙钛矿太阳能电池的研究进展4.1材料优化与改性4.1.1晶体结构调控4.1.2组分优化4.1.3纳米结构设计4.2设备结构与工艺优化4.2.1吸收层厚度与界面修饰4.2.2电子传输层与空穴传输层设计4.2.3串联电池结构4.3稳定性与长期可靠性研究4.3.1环境稳定性4.3.2热稳定性4.3.3电化学稳定性五、钙钛矿太阳能电池的发展现状与趋势5.1国内外产业化进展5.2商业化应用与市场前景5.3发展趋势与展望六、结论与展望6.1研究成果总结6.2面临的挑战与未来发展方向一、引言随着全球能源需求的不断增长，可再生能源的研究与开发正变得越来越重要。
在众多可再生能源技术中，太阳能电池因其广泛的应用前景和可持续性而备受关注。
在过去几十年里，传统的硅基太阳能电池技术已经取得了显著的进步，但进一步提高其转换效率和降低制造成本仍然是一个巨大的挑战。
钙钛矿太阳能电池的材料与性能研究
钙钛矿太阳能电池的材料与性能研究太阳能作为可再生能源的一种重要形式，近年来备受研究者的关注。
而钙钛矿太阳能电池就是其中一种备受瞩目的新型太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池的高效率以及较低的制造成本使其成为一种有潜力取代传统硅基太阳能电池的绿色能源解决方案。
本文将介绍钙钛矿太阳能电池的材料组成、工作原理以及最新的研究进展。
首先，让我们来了解钙钛矿太阳能电池的材料组成。
钙钛矿太阳能电池的关键材料是一种特殊的钙钛矿晶体，它通常由钙钛矿铅(II)碘化物(CH3NH3PbI3) 组成。
这种钙钛矿晶体具有优异的光吸收性能和电荷传输能力，使其成为一种理想的光电转换材料。
此外，钙钛矿太阳能电池还包含其他辅助材料，如导电玻璃基底、电子传输层和阳极等。
这些材料的选择和组合将直接影响钙钛矿太阳能电池的性能。
接下来，让我们深入探讨钙钛矿太阳能电池的工作原理。
钙钛矿太阳能电池的工作原理可以简单地概括为光吸收和电荷分离两个步骤。
首先，光线穿过导电玻璃基底和电子传输层，进入到钙钛矿晶体中。
钙钛矿晶体的结构使其能够高效地吸收光能，并将其转化为电子激发态。
接着，激发的电子会从钙钛矿晶体中释放出来，经过电子传输层进入阳极，形成电子流。
而阳极上的电荷缺失区域将引起电荷分离，使得电子流和正孔流分别流向负载，从而产生电能。
钙钛矿太阳能电池的高效率和较低的制造成本受益于其独特的材料和工作原理。
然而，钙钛矿材料的稳定性和寿命仍然是该技术面临的主要挑战。
由于钙钛矿材料易于分解和氧化，导致钙钛矿太阳能电池的性能随时间而下降。
为了克服这一问题，研究者们致力于寻找更稳定的钙钛矿材料替代品。
例如，一些研究正在探索钙钛矿太阳能电池中非铅的替代材料，如钙钛矿锡、钙钛矿铜等。
这些新的材料具有较高的稳定性，有望解决钙钛矿太阳能电池材料稳定性的问题。
除了寻找稳定性更好的材料，还有其他的研究进展旨在提高钙钛矿太阳能电池的性能。
例如，一些研究者尝试改进钙钛矿晶体的电荷传输能力，通过控制晶体结构和界面性质来优化电子和正孔的运动。
太阳能电池有机电子传输材料研究新进展
阳能电池等诸多领域中的研究受到广泛关注口引，其在电子传 输层方面的应用已经有了报道［２引。 ２０１４年Ｚｈａｎｇ Ｚｈｉｇｕｏ等［２４１为了解决高性能太阳能电池 金属电极在水氧环境下稳定性低的问题，用３一二甲胺基丙胺 和茈反应制得了氮位３一二甲胺基丙基修饰的衍生物ＰＤＩＮ， 之后氧化Ｎ（ＣＨ。）ｚ基，得到了水溶性的衍生物ＰＤＩＮＯ，这２ 种衍生物都是良好的电子传输层材料，其电导率达到了 ～ｌｏ－５Ｓ・ｃｍ～。使用水溶性的ＰＤＩＮＯ作为电子传输层的器
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图２富勒烯衍生物的分子结构示意图
Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
万方数据
・４６・
材料导报Ａ：综述篇
２０１６年６月（Ａ）第３０卷第６期
２０１４年Ｃｈａｉｎ—Ｓｈｕ ＨＳＵ等［１ ２］应用ＰＣ６ｌＢＭ经过一系列
相对电极 空穴／电子传输层 活性层 空穴／电子传输层 透明电极 玻璃
・４５・
有机电子传输层由具有较高电子亲和能和离子势的有 机半导体（即ｎ型半导体）材料构建。其主要通过分子设计， 修饰合成而得。分子设计的一般原则是通过引入一些吸或 给电子基团使得半导体的最高已占轨道（ＨＯＭＯ）和最低未 占有轨道（ＬＵＭ０）能级弯曲或移动，降低电子的注入势垒， 在半导体内产生诱导电子［７］，从而使ｎ型有机半导体材料既 能成为良好的电子受体，又拥有与电极材料相匹配的能级， 以形成欧姆接触，使相邻材料能级相匹配，利于电子的注入 和运输‘８１。
达到了１４．６％。同年，Ａｌｅｘ
Ｋ—Ｙ
件，得到的器件性能为：ＰＣＥ一８．２４％，Ｋ一０．７４９
《钙钛矿太阳电池中功能材料与器件性能改善研究》范文
《钙钛矿太阳电池中功能材料与器件性能改善研究》篇一一、引言随着环境问题的日益突出和能源需求的持续增长，太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源转换技术，受到了广泛关注。
钙钛矿太阳电池（Perovskite Solar Cells，PSCs）以其高效率、低成本和可制备大面积等优势，在光伏领域中崭露头角。
然而，钙钛矿太阳电池仍面临器件稳定性、光电转换效率及使用寿命等问题。
针对这些问题，对功能材料和器件性能的改善成为了研究的热点。
二、钙钛矿太阳电池的功能材料研究2.1 功能材料类型与特点钙钛矿太阳电池的核心是钙钛矿结构的光吸收材料。
根据材料特性和组成的不同，可大致分为卤素-有机杂化钙钛矿、纯无机钙钛矿以及准二维钙钛矿等。
这些材料具有较高的光吸收系数、长的载流子寿命和扩散长度等优点。
2.2 功能材料的改进策略针对钙钛矿材料的稳定性问题，研究者们提出了多种改进策略。
如通过元素掺杂或取代，提高材料的稳定性；通过改变材料的晶体结构，提高其抗湿、抗氧化的能力；以及通过界面工程，优化电子和空穴的传输等。
三、器件性能的改善研究3.1 器件结构优化器件结构是影响太阳电池性能的关键因素之一。
研究者们通过调整能级结构、引入传输层等手段，优化器件结构，提高电子和空穴的传输效率。
此外，多层结构、串联结构等新型结构的探索也为提高器件性能提供了新的思路。
3.2 界面工程界面工程是改善器件性能的重要手段。
通过优化电极与钙钛矿层之间的界面接触，减少电荷复合和传输损失，从而提高器件的效率和稳定性。
此外，界面修饰还可以改善钙钛矿层的形貌和结晶度，进一步优化光电性能。
四、实验方法与结果分析4.1 实验方法本部分研究采用溶液法或真空蒸镀法等方法制备钙钛矿材料及太阳电池器件。
通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等手段对材料和器件的形貌、结构进行表征；通过电流-电压（I-V）测试、外量子效率（EQE）测试等手段评估器件的光电性能。
4.2 结果分析通过实验发现，经过功能材料和器件结构的优化，钙钛矿太阳电池的光电转换效率得到了显著提高。
钙钛矿太阳能电池的材料性能研究
钙钛矿太阳能电池的材料性能研究在不断发展的科技领域，太阳能电池被认为是一种可持续和清洁能源的解决方案。
而在太阳能电池的种类中，钙钛矿太阳能电池因其较高的转换效率和低成本而备受关注。
本文将探讨钙钛矿太阳能电池的材料性能研究，介绍其组成、工作原理以及目前的研究现状。
钙钛矿太阳能电池由钙钛矿材料作为光敏层构成，其具有优异的光吸收和光电转换性能。
钙钛矿是一种晶体结构中的材料，具有类似钻石的硬度和优异的光电性能，适用于太阳能电池的应用。
光敏层通常由有机-钙钛矿材料或无机-钙钛矿材料构成，其中有机-钙钛矿材料较为常见。
钙钛矿太阳能电池的工作原理基于光生电荷的分离和电荷的传输。
当太阳光照射到钙钛矿材料上时，光子的能量被吸收并激发出电子-空穴对。
这些电子-空穴对会沿着材料内部的电场分离开来，并在电子传输层和空穴传输层中形成电流。
最终，这些电流被导电回路吸收并产生电能。
钙钛矿太阳能电池的材料性能研究主要集中于提高其光吸收效率、电荷传输效率和长期稳定性。
目前，研究人员通过调整钙钛矿材料的晶体结构和成分，以及优化光敏层和电子传输层的性质来提高光电转换效率。
在光吸收效率方面，研究人员通过改变钙钛矿材料的组分比例和结构来改善其吸收光谱范围。
此外，设计多重光敏层和纳米结构也可以增强光吸收效果。
然而，如何在提高光吸收的同时不降低光电转换效率仍是一个挑战。
电荷传输效率是影响钙钛矿太阳能电池性能的关键因素之一。
研究人员通过调整材料的表面性质、界面能级等参数来改善电荷传输效率。
此外，使用合适的电子传输层和空穴传输层也是提高电荷传输效率的重要手段。
长期稳定性是太阳能电池应用中一个重要的考虑因素。
由于钙钛矿材料易受湿度、氧气和温度的影响，所以稳定性的提高是一个挑战。
研究人员通过改进界面工程、添加稳定剂和优化防潮层等手段来提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。
总结起来，钙钛矿太阳能电池由具有优异光电性能的钙钛矿材料组成。
其工作原理基于光生电荷的分离和电荷的传输。
钙钛矿太阳能电池原理及结构
钙钛矿太阳能电池原理及结构首先，钙钛矿太阳能电池的原理是基于光电效应。
太阳能电池通过将光子能量转化为电子能量，进而产生电流。
而钙钛矿材料具有良好的光吸收和电子传导特性，能够有效地将太阳光转化为电能。
具体而言，钙钛矿太阳能电池的结构包括：透明导电玻璃基底、电子传输材料、钙钛矿光吸收层、电子传输层和金属背电极等。
首先是透明导电玻璃基底。
该基底通常使用氧化锡（SnO2）等材料制成，具有高透明度和良好的导电性能，能够使得太阳光能够直接照射到钙钛矿层。
接下来是电子传输材料。
在钙钛矿太阳能电池中，常用的电子传输材料是TiO2（二氧化钛）。
TiO2具有优异的电子传输特性，可以帮助电子流动，并减少电子和空穴的复合。
然后是钙钛矿光吸收层。
钙钛矿材料一般是一个有机-无机混合物，由一种有机物和一种无机物组成。
常用的有机物是有机阴离子和苯甲胺等，而无机物通常是钙钛矿矿物晶体。
钙钛矿光吸收层具有优异的光吸收能力，可以将太阳光中的能量吸收下来。
接下来是电子传输层。
电子传输层一般采用导电高分子材料，如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)（PEDOT:PSS）等。
它能够提高电子的传输速度，从而提高光电转换效率。
最后是金属背电极。
金属背电极一般使用银（Ag）或铂（Pt）等材料制成，具有良好的电导性能。
它的作用是收集并导出光生电荷，将其引向外部电路。
综上所述，钙钛矿太阳能电池的原理是通过光电效应将光子能量转化为电子能量，从而产生电流。
其结构由透明导电玻璃基底、电子传输材料、钙钛矿光吸收层、电子传输层和金属背电极等组成。
这些部分共同协作，使得钙钛矿太阳能电池具有高效、稳定的能源转换能力。
钙钛矿太阳能电池的研究进展
钙钛矿太阳能电池的研究进展作者：谢中亮来源：《科技创新与应用》2016年第07期摘要：人们对太阳能这一新型能源认识的不断加深，促使以太阳能作为主要能源的各类产品得以广泛应用和发展，其中，钙钛矿太阳能电池则是人们对太阳能这一新型能源不断研究的产物。
为了进一步提高人们对钙钛矿太阳能的认识，文章通过对钙钛矿太阳能中的钙钛矿材料进行阐述，进而对钙钛矿太阳能电池中作为重要的部分，即光吸收层的制备方法和钙钛矿太阳能电池的结构方面的研究作出了系统的说明和分析。
关键词：钙钛矿；光吸收层；太阳能电池前言长期以来，低成本且高转化率的光伏器件一直是光伏器件领域研究的重要方向，自2009年钙钛矿太阳能电池产生后，钙钛矿太阳能电池得到了国际学术界的高度认可和重视。
作为一种新型的太阳能电池，钙钛矿太阳能电池无论在其吸光材料还是内部结构方面均具有良好的优势。
基于此，加强对钙钛矿太阳能电池光吸收层以及器件结构的研究，无疑成为了理论界和学术界需要共同开展的关键工作。
1 钙钛矿材料概述对钙钛矿太阳能电池的光吸收层进行分析可知，其实质上是一种有机—无机的杂化材料，其化学式为CH3NH3PbX3，此材料的晶胞结构为典型的钙钛矿晶体结构，其中，PbX6形成八面体，且相互接触沟通构成具有三维结构的框架，而CH3NH3+则被嵌入其内。
由于钙钛矿太阳能电池的光吸收层具有电致发光与光致发光的特性，不仅具有直接带隙和较高的光吸收系数，而且还具有良好的截流子输运性能和较高的缺陷容忍度。
还需说明的是，钙钛矿光吸收层的禁带宽度同AM1.5光照下的最佳带隙值，即1.4eV极为接近，但却比Br和Cl的含I（碘）的钙钛矿材料在水蒸气条件中更易分解，故在制备过程中可借助Br和Cl元素取代部分CH3NH3PbX3能够提高其抗分解的能力[1]。
2 钙钛矿太阳能电池光吸收层制备方法就现阶段而言，钙钛矿太阳能电池的高质量光吸收层的制备方法主要以溶液法和共蒸发法为主。
2.1 基于单步法与两步法的溶液法溶液法主要包括了单步法和两步法两种。
基于TRIZ理论的钙钛矿太阳能电池技术展望
基于TRIZ理论的钙钛矿太阳能电池技术展望作者：杨海彬张美丽周成赵志新隋丽娜陈英杰来源：《教育教学论坛》2019年第42期摘要：近几年，在染料敏化太阳能电池发展的基础上，人们对钙钛矿太阳能电池（PSC）的研究得到了突破性的发展。
作为一个新兴的能源技术系统，PSC的发展历程遵循发明问题解决理论（TRIZ）中的技术系统进化论，即满足技术系统进化法则和四大发展阶段，沿着提高理想度进化的路线，逐步向低成本、高能效、高稳定及环保的理想迈进。
文章最后以技术系统进化论为基础对PSC的研究发展做出合理预测，并实现创新方案。
关键词：发明问题解决理论;技术系统进化理论;钙钛矿太阳能电池;进化法则;创新方案中图分类号：D668; ; ;文献标志码：A; ; ;文章编号：1674-9324（2019）42-0069-02一、新技术系统的飞速发展随着社会生产工业化的发展，石油、煤炭等资源的不合理利用对环境造成巨大污染，严重破坏生态系统结构，发展高效廉价的太阳能电池是解决这些难题的重要手段。
新型薄膜太阳能电池—钙钛矿太阳能电池因其成本低、工艺简便、重复性良好、光电转化效率高等优点受到广泛关注，发展迅猛。
发明问题解决理论（TRIZ）为人们创造性地发现和解决问题提供了系统理论和方法工具。
技术系统进化论是其核心理论之一，而S曲线正是其精髓所在，它包含四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和衰退期。
其中，婴儿期发展缓慢，成长期发展最快，成熟期发展较平缓，而衰退期意味着将有更高级的技术系统出现。
如图1所示，染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池所对应的发展曲线恰好符合S曲线进化规律，两条曲线完美地呈现了一种递进关系，这表明在薄膜太阳能电池的发展中，钙钛矿电池技术系统是在染料敏化电池技术系统的基础上发展起来的，其技术核心更为先进，其婴儿期建立在染料敏化电池系统的成熟期和衰退期之间后。
钙钛矿太阳能电池目前正处于薄膜太阳能电池发展的最前沿。
技术系统进化论认为：（1）一个技术系统，其核心技术的发展具有客观的进化规律和模式，即符合S曲线的发展模式，并遵循着：提高理想度法则、协调性法则、能量传递法则、子系统不均衡进化法则和超系统进化法则等八大系统进化法则。
钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展
钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展一、本文概述随着全球对可再生能源需求的日益增长，太阳能电池作为将太阳能直接转换为电能的装置，受到了广泛关注。
在众多太阳能电池技术中，钙钛矿太阳能电池因其高光电转换效率、低成本和易于制备等优点，成为近年来研究的热点。
钙钛矿太阳能电池中的电子传输材料在提升电池性能方面发挥着至关重要的作用。
本文旨在全面概述钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展，包括材料类型、性能优化、工作机制以及面临的挑战和未来的发展趋势。
通过对电子传输材料的深入研究，我们可以更好地理解钙钛矿太阳能电池的工作原理，从而推动其光电转换效率的提升，为太阳能电池的商业化应用提供有力支持。
二、钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的分类与特点钙钛矿太阳能电池中的电子传输材料是提升电池性能的关键要素之一。
这些材料的主要功能是在太阳光照射下，有效地收集和传输光生电子，以提高电池的光电转换效率。
根据材料的性质和应用方式，电子传输材料可以分为以下几类，并各具特点。
金属氧化物：金属氧化物如二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）等，是常见的电子传输材料。
它们具有良好的电子迁移率和稳定性，能够有效地传输电子并阻挡空穴。
金属氧化物还可以通过表面修饰和纳米结构设计等方法进一步优化其电子传输性能。
有机聚合物：有机聚合物如聚3,4-乙二氧基噻吩（PEDOT:PSS）等，也广泛应用于钙钛矿太阳能电池中。
这类材料具有良好的导电性和可加工性，能够与钙钛矿层形成良好的界面接触。
然而，有机聚合物的稳定性较差，容易受到光照和湿度等环境因素的影响。
碳基材料：碳基材料如碳纳米管（CNTs）和石墨烯等，具有优异的导电性和稳定性，是近年来备受关注的电子传输材料。
它们能够有效地提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，并且具有良好的应用前景。
复合材料：复合材料是将两种或多种材料结合在一起形成的新型材料。
通过合理的设计和优化，复合材料可以综合各种材料的优点，进一步提高钙钛矿太阳能电池的性能。
有机太阳能电池中新型电子传输材料的研究
有机太阳能电池中新型电子传输材料的研究近年来，绿色、可持续、高效的能源已成为全球关注的焦点。
太阳能作为一种广泛存在的自然能源，被越来越多的人所重视。
有机太阳能电池作为太阳能电池的一种新型形式，在光电转化方面有着广阔的应用前景。
然而，有机太阳能电池的效率仍然比较低，其中电子传输材料的性能对其效率影响较大。
近年来，研究人员通过设计新型电子传输材料，取得了一定的进展。
一、有机太阳能电池简介有机太阳能电池是指将太阳能光子转化为电子能量，从而产生电流的能量转换装置。
由于其具有良好的轻质、透明性、可售后加工性、柔性等特点，广泛应用于阳台墙、自行车灯、路灯、移动充电器等领域。
有机太阳能电池的基本单元结构包括五个层次: 1.透明电极；2.有机光敏层；3.电子传输层；4.电池阴极，5.背电极。
其中，透明电极和电池阴极通常是由玻璃或透明塑料基底上涂层的氧化物透明电极（如氧化铟锡或氧化锡），而有机光敏层采用聚合物或共聚合物等具有吸收特定波长光的有机分子材料制成。
电子传输层的主要作用是帮助电子从有机光敏层移动到电池阴极，这涉及到电子传输材料的选择和设计。
二、电子传输材料的研究在有机太阳能电池中，电子传输层的性能对电子在太阳能电池内转移的速度和效率有着重要影响。
该层材料的导电性能、能带结构、光学特性等都是影响电子转移速度和效率的因素。
因此，研究和开发适合的电子传输材料，是提高有机太阳能电池转化效率的重要途径。
电子传输材料的研究集中在三个方面:1.有机材料的合成和表征；2.电子传输材料的性能启迪；3.电子传输材料的设计和优化。
有机材料的合成和表征是指制备一系列新型有机材料，并通过表征手段（如核磁共振(NMR)、质谱(MS)、红外光谱(IR)等）确定其结构和性能，为电子传输材料的研究提供材料基础。
电子传输材料的性能启迪是指通过合成和检测材料的生物和物理性质，理解电子传输材料与有机太阳能电池性能之间的关系，从而指导电子传输材料的设计和优化。
基于TiO2电子传输层的制备及钙钛矿太阳能电池性能研究
基于TiO2电子传输层的制备及钙钛矿太阳能电池性能研究基于TiO2电子传输层的制备及钙钛矿太阳能电池性能研究摘要：钙钛矿太阳能电池是当前光伏领域的研究热点，其中电子传输层的选择和制备对电池性能具有重要影响。
本研究以TiO2为电子传输层，制备了一种钙钛矿太阳能电池，并对其性能进行了研究。
通过改变不同的TiO2制备工艺参数，优化了电子传输层的制备工艺，并对其光电转化效率、开路电压、短路电流密度等关键性能进行了测试。
结果显示，优化制备工艺后的钙钛矿太阳能电池具有更高的光电转化效率和电流输出特性，表明采用TiO2电子传输层可以有效提升钙钛矿太阳能电池的性能。
1. 引言钙钛矿太阳能电池以其独特的性能在光伏领域备受关注。
电子传输层作为太阳能电池的重要组成部分，对于电池的性能至关重要。
过去的研究表明，采用TiO2作为电子传输层可以提高钙钛矿太阳能电池的效率。
本文旨在通过制备TiO2电子传输层，研究钙钛矿太阳能电池的性能，并通过优化制备工艺，进一步提高电池性能。
2. 实验方法2.1 材料准备制备TiO2电子传输层所需的材料包括钛酸异丁酯、乙醇、有机溶剂等。
分别准备所需的浓度和体积比例。
2.2 TiO2电子传输层制备方法将钛酸异丁酯与乙醇和有机溶剂混合，并在搅拌下形成均匀的溶液。
接着，将溶液转移到玻璃衬底上，并在高温下烘烤制备TiO2薄膜。
2.3 钙钛矿太阳能电池制备将制备好的TiO2电子传输层玻璃衬底放入各自的钙钛矿前体溶液中浸泡。
然后将衬底转移到高温烘箱中，使钙钛矿晶体形成。
最后，在电子传输层上涂覆金属电极，并进行封装处理。
3. 结果与分析通过对制备工艺不同参数的调整，得到了不同制备条件下的TiO2电子传输层。
通过检测太阳能电池的光电转化效率、开路电压、短路电流密度等关键性能指标，对比不同制备条件下的电池性能。
结果显示，优化制备工艺能够显著提高电池的性能。
4. 讨论通过对TiO2电子传输层的制备工艺进行优化，我们成功地提高了钙钛矿太阳能电池的性能。
钙钛矿太阳能电池方向研究生
钙钛矿太阳能电池方向研究生
钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的太阳能转换技术，在能量转换效率和材料成本方面具有潜力。
目前，钙钛矿太阳能电池的研究方向主要包括以下几个方面：
1. 提高光电转换效率：钙钛矿太阳能电池的转换效率已经在短时间内得到了显著提高，但仍然有进一步的提高空间。
未来的研究方向包括通过改进材料结构、界面工程和光伏器件结构等方式来提高电子传输和光吸收效率，进一步提高光电转换效率。
2. 提高稳定性和耐久性：钙钛矿太阳能电池在长期使用过程中面临着稳定性和耐久性方面的挑战。
研究人员致力于开发更好的稳定性和耐久性的钙钛矿材料和器件结构，以延长电池的使用寿命和提高稳定性。
3. 探索新的材料和结构：除了常见的钙钛矿材料（如CH3NH3PbI3），研究人员还在探索其他类型的钙钛矿材料，如有机-无机杂化钙钛矿、铟锡钙钛矿等。
此外，研究人员还在研究新的光伏器件结构，如钙钛矿-硅叠层结构、钙钛矿-钙钛矿叠层结构等，以进一步提高光电转换效率和稳定性。
4. 提高可扩展性和低成本制备：钙钛矿太阳能电池的制备方法通常需要复杂的工艺和高温多步骤制备过程，限制了其大规模商业化的发展。
因此，研究人员正致力于开发更简单、低成本和可扩展的制备方法，以降低钙钛矿太阳能电池的制造成本并提高生产效率。
总的来说，钙钛矿太阳能电池的研究方向主要集中在提高光电转换效率、稳定性和耐久性，探索新的材料和结构，以及开发低成本、可扩展的制备方法。
这些研究方向的进展将有助于进一步推动钙钛矿太阳能电池的应用。
复合钙钛矿太阳能电池电荷传输层材料研究进展
复合钙钛矿太阳能电池电荷传输层材料研究进展陈建清;杨东辉;江静华;马爱斌;宋丹;Chaoying Ni;Michael Z Hu【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2015(029)005【摘要】有机无机复合钙钛矿太阳能电池因具有适合的载流子扩散长度而成为备受关注的有望获得高效率的光伏器件.复合钙钛矿材料本身不含贵金属元素,可以采用液相法或物理气相法低温制备,成本低廉,但目前应用最多的电子传输层材料TiO2需400～500℃煅烧,与柔性基底及低温制备技术适应性差;空穴传输层材料SpiroOMeTAD合成工艺复杂,价格高昂,限制了复合钙钛矿太阳能电池的开发应用.开发和研究导电性好、成本低、稳定性好的电子和空穴传输层材料是复合钙钛矿太阳能电池研究中的一个非常重要的方面.综述了复合钙钛矿太阳能电池中电荷传输层材料的研究进展及发展方向.电子传输层材料方面通过对TiO2的改性以及与石墨烯的复合,采用ZnO、石墨烯或PCBM作为电子传输层材料,以与柔性基底及低温制备技术相适应.空穴传输层材料方面,采用其它低成本、导电性高的有机p型半导体替代spiro-OMeTAD;采用无机空穴传输层材料以避免有机空穴传榆层材料的老化问题,提高电池的长期稳定性;利用复合钙钛矿材料兼作吸收层与空穴传输层,制备无空穴传输层材料结构电池以降低成本,提高稳定性.【总页数】7页(P1-7)【作者】陈建清;杨东辉;江静华;马爱斌;宋丹;Chaoying Ni;Michael Z Hu【作者单位】河海大学力学与材料学院,南京210098;河海大学力学与材料学院,南京210098;河海大学力学与材料学院,南京210098;河海大学力学与材料学院,南京210098;河海大学力学与材料学院,南京210098;Department of Materials Science and Engineering, University of Delaware,Newark, DE 19716;Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37831-6181【正文语种】中文【中图分类】TB34;TM914【相关文献】1.无机电荷传输层在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中的应用及研究进展 [J], 彭家奕;夏雪峰;江奕华;邹敏华;王晓峰;李璠2.无机电荷传输层界面修饰制备稳定钙钛矿太阳能电池 [J], 茹鹏斌;毕恩兵;陈汉3.柔性钙钛矿太阳能电池中电极材料和电荷传输材料的研究进展 [J], 杨立群;马晓辉;郑士建;陈聪;戴其林;宋宏伟4.纳米阵列结构传输层在钙钛矿太阳能电池中的研究进展 [J], 檀方芯;丛姗;易庆华;韩志达;刘玉申5.单元素二维材料及其衍生物作为电荷传输层在太阳能电池中应用的研究进展 [J], 林生晃;傅年庆;鲍桥梁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展_丁雄杰
, 其光电转化效率于 2013 年超
过 15%[4,5] , 在 2014 年 5 月已经实现 19.3%[6] . 短短 两年内, 钙钛矿太阳能电池的效率先后超越有机 太阳能电池 (11%) 和染料敏化电池 (13%) , 有望 可达到单晶硅太阳能电池 (25.6%, 松下公司日本 2014.4.11) 的水平
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 3 (2015) 038802
实质是处于价带顶的 X 阴离子 2p 轨道上电子跃迁 到位于导带底的过渡金属 B 阳离子的 d 轨道上 [12] . X=I
−
借助给体和受体界面的内建电场的诱导 [14,15] 即激 子能在 CHN3 NH3 PbX3 材料内部实现分离. 分离 后电子通过和 n 型半导体连接的阴极进入电路, 空 穴被阳极收集, 形成外电流, 完成整个光伏效应的 过程.
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图2
介观结构钙钛矿太阳能电池结构图
钙钛矿太阳能电池的结构主要可以分为介 观结构 (meso-superstructured) 和平面异质结结构 (planer heterojuction) 两类, 每类都有对应的正置 结构和倒置结构器件. 需说明一点, 与有机太阳能 电池不同, 我们一般把制备顺序为基底/阴极/电子 传输层/钙钛矿吸收层/空穴传输层/阳极的钙钛矿 太阳能电池称为正置结构器件, 反之为倒置结构器 件. 如图 2 所示, 最典型的介观结构钙钛矿太阳能 电池是以致密 TiO2 为电子传输材料, 介孔 TiO2 为 框架, 在其表面生长 CH3 NH3 PbX3 后, 沉积 p 型半 导体材料作为空穴传输层 [16] . 在两步溶液法生长 钙钛矿过程中, 介孔 TiO2 框架限制 PbI2 晶体尺度 在 22 nm 左右, 避免其反应时间过长导致钙钛矿再 次溶解
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( 2014 年 10 月 21 日收到; 2014 年 11 月 18 日收到修改稿 )
有机 -无机杂化的卤素钙钛矿材料在 2009 年首次应用在光伏器件中, 而后有关此类型太阳能电池的报道 数量呈井喷式增长. 至 2014 年 5 月钙钛矿电池光电转化效率已接近 20%, 已超过有机及染料敏化太阳能电池 的效率, 且有望达到单晶硅太阳能的水平, 成为光伏发电领域中的希望之星. 在钙钛矿电池中, 电子传输材料 与吸收层的电子选择性接触对提高光电转化效率起到重要作用, 尤其在正置结构器件中, 电子传输层的介观 结构直接影响钙钛矿的生长情况. 同时, 电子传输层的化学性质及其界面也会对电池的稳定性和寿命产生影 响. 本文总结了电子传输材料在该类电池中的研究现状和热点, 并按材料的化学组分不同, 将电子传输材料 分为三类: 金属氧化物、 有机小分子和复合材料, 详细地介绍了电子传输材料在钙钛矿太阳能电池中的作用和 近来的最新进展.
关键词: 钙钛矿太阳能电池, 电子传输材料, 电子选择性接触 PACS: 88.40.H–, 73.23.–b DOI: 10.7498/aps.64.038802
性、 使用寿命、 重金属元素铅的替代和大面积柔性
1 引
言
器件的制备等方面的研究. 在固态钙钛矿太阳能电池中最典型的吸 收 层 是 有 机 金 属 三 卤 化 物 ABX3 (A:CH3 NH+ 3
+ CH3 CH2 NH+ 3 或 HN=CHNH3
面对化石能源的日渐枯竭以及其在使用中对 环境的污染, 新型能源开发为人类文明可持续发 展提供重要保障, 太阳能光伏是其中最具有前景 的方案. 如何提高太阳能电池的光电转化 效率 来降低光伏发电成本, 是目前光伏领域的核心研 究课题. 有机无机杂化的卤素钙钛矿材料在 2009 年首次被用于太阳能电池中, 当时其光电转化效 率只有 3.8%[1] . 2011 年后人们对该电池的研究取 得一系列突破
引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 64, 038802 (2015) DOI: 10.7498/aps.64.038802 在线阅读 View online: /10.7498/aps.64.038802 当期内容 View table of contents: /CN/Y2015/V64/I3
◦
变小和减少电子的散射概率 [23] , 使迁移率提高. 与无机半导体不同, 有机半导体 (小分子和聚 合物) 中的分子是通过微弱的范德华力疏松地束 缚在一起, 因此没有延续的能带, 它分子内的电 荷传导主要依赖于由碳单键和双键交替形成的 ππ∗ 共轭体系, π 键分子轨道被称为最高占有轨域 (HOMO), π∗ 反键分子轨道被称为最低未占有轨 域 (LUMO), 它们分别类似于无机半导体中的价带 和导带. 这些共轭体系中存在比较自由去定域化 (delocalized) 的 π 电子, 但也被局限在分子内, 电子 在分子间的传递则通过跳跃 (hopping) 的方式来实 现 [24] , 即在电场的驱动下, 电子从钙钛矿材料注入 到有机分子的 LUMO 能级后, 经由跳跃至另一个 分子的 LUMO 能级, 直至到达阴极. 由于电子的移 动过程往往伴有核的运动, 因此有机电子传输材料 的迁移率一般比无机电子传输材料的低.
[8] [7]
. 随着钙钛矿太阳能电池效率
纪录不断被刷新, 人们开始更加关注该电池的稳定
∗ 国家自然科学基金 (批准号: 61177020, 11121091) 资助的课题. † 通信作者. E-mail: zjchen@
© 2015 中国物理学会 Chinese Physical Society 038802-1
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 3 (2015) 038802
专题: 新型太阳能电池专题
钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展∗
丁雄傑 1) 倪露 2) 马圣博 1) 马英壮 1) 肖立新 1)
100京大学物理学院, 人工微结构和介观物理国家重点实验室, 北京 2) (烟台开发区高级中学, 烟台 264006)
[4]
图3
平面异质结钙钛矿太阳能电池结构图
(a) pin 结
构; (b) pn 异质结结构
为了提高钙钛矿太阳能电池的效率和寿命, 通 常会在钙钛矿吸收层与电极间引入各种辅助层: 注入层 (injection layer) 提高载流子 (空穴和电子) 在金属与半导体界面的注入效率, 传输层 (transport layer) 平衡载流子在各层之间的传输及阻挡层 (blocking layer) 防止激子在电极界面复合猝灭, 一 种优秀的电子传输材料往往也具备了提高电子注 入和阻挡空穴的作用. 在已报道的高效率钙钛矿太
(a) ࡛ౝ p یଌᝏ ᧹᧻ᆈծஆࡏ n یଌᝏ TCO ౝ ဝၕᛮअ (b) ࡛ౝ ႃߕԪʹెந ᧹᧻ᆈծஆࡏ TCO ౝ ဝၕᛮअ
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图2
介观结构钙钛矿太阳能电池结构图
钙钛矿太阳能电池的结构主要可以分为介 观结构 (meso-superstructured) 和平面异质结结构 (planer heterojuction) 两类, 每类都有对应的正置 结构和倒置结构器件. 需说明一点, 与有机太阳能 电池不同, 我们一般把制备顺序为基底/阴极/电子 传输层/钙钛矿吸收层/空穴传输层/阳极的钙钛矿 太阳能电池称为正置结构器件, 反之为倒置结构器 件. 如图 2 所示, 最典型的介观结构钙钛矿太阳能 电池是以致密 TiO2 为电子传输材料, 介孔 TiO2 为 框架, 在其表面生长 CH3 NH3 PbX3 后, 沉积 p 型半 导体材料作为空穴传输层 [16] . 在两步溶液法生长 钙钛矿过程中, 介孔 TiO2 框架限制 PbI2 晶体尺度 在 22 nm 左右, 避免其反应时间过长导致钙钛矿再 次溶解
物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 3 (2015) 038802
实质是处于价带顶的 X 阴离子 2p 轨道上电子跃迁 到位于导带底的过渡金属 B 阳离子的 d 轨道上 [12] . X=I
−
借助给体和受体界面的内建电场的诱导 [14,15] 即激 子能在 CHN3 NH3 PbX3 材料内部实现分离. 分离 后电子通过和 n 型半导体连接的阴极进入电路, 空 穴被阳极收集, 形成外电流, 完成整个光伏效应的 过程.
和 Br 时, 激子的束缚能分别为 50 meV 和
[13]
−
76 meV
属于 Wannier-Mott 激子, 不同于有机半
导体材料中的 Frenkel 激子, 其束缚能小于室温下 的 kT , 所以光生电子空穴对可在室温分离, 不需要
A B X
图1
钙钛矿材料的晶体结构 [11]
࡛ౝ ቇቂ͜ᣥࡏ CH3NH3PbI3 TiO2̮ߘ
. 平面异质结器件, 结构相对更简单, 能
更加灵活地应用到柔性和叠层太阳能上. 由于钙
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物 理 学 报 Acta Phys. Sin.
Vol. 64, No. 3 (2015) 038802
阳能电池中, 二氧化钛 TiO2 是使用率最高的电子 传输层材料. 目前该领域研究所关注的焦点大致在 三个方面: 1) 如何解决 TiO2 在紫外光照下, 其表 面的氧分子解吸附所造成的器件不稳定性问题. 2) 如何低温下 (< 150 C) 制备 TiO2 或其他电子传输 层, 以应用于柔性结构器件的生产. 3) 尝试使用有 机或者复合材料来替代介孔 TiO2 纳米结构框架或 致密 TiO2 电子传输层的研究. 为了全面了解该领 域中电子传输材料的应用和研究现状, 本文将从钙 钛矿太阳能电池的基本原理出发, 按材料的化学组 分不同将电子传输材料分为金属氧化物、 有机小分 子和复合材料三类, 全面地总结和分析了它们在钙 钛矿太阳能电池中的作用和近来的最新研究进展.
[2, 3]
等;
B:Pb2+ 或
Sn2+ ; X: I, Br 或 Cl), 其 晶 体 结 构 如 图 1 所 示, 其中 B 与 X 形成正八面体对称结构, B 位于八面体 的中心, 形成 BX6 的立方对称结构, A 则分布在八 面体组成的中心形成立方体, 从而形成三维的周期 性结构 [9] . 钙钛矿的三维结构严格取决于三种离子 的半径, 稳定的钙钛矿结构的容限因子 (tolerance factor) t(其中 t = (RA + RX )/[21/2 (RB + RX )], R 为 对 应 的 离 子 半 径) 应 该 在 (0.78—1.05) 的 范 围 内, 随着 t 值的偏离, 会导致晶体的立方结构转变 为三斜晶系. CH3 NH3 PbX3 是直接带隙半导体 CH3 NH3 PbI3 和 CH3 NH3 PbBr3 的 禁 带 宽 度 分 别 约 1.5 eV 和 2.3 eV[10,11] , 当入射光的能量大于其 禁带宽度时, 光子被吸收而产生激子激发过程的
钛矿材料中 Wannier-Mott 激子在界面和体内都能 实现分离, 并且材料本身可以同时传导空穴和电 子 [17] 所以将钙钛矿层置于 p 型和 n 型半导体材料 之间组成 pin 结构, 或者直接与 n 型半导体材料接 触形成 pn 异质结, 如图 3 所示, 都能实现载流子 的收集. 平面异质结器件往往比较更高填充因子 FF(70%—80%)[18] , 目前报道的光电转化效率也达 到 15% 以上 [19,20] . 然而, 最近研究表明, 平面异质 结器件比介观结构有更明显的迟滞现象 (hysteresis)[21,22] , 较快的扫描电压会导致测试效率偏高, 可能需要重新验证数据的准确性.
钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展 丁雄傑 倪露 马圣博 马英壮 肖立新 陈志坚 progress in electron-transport materials in application of perovskite solar cells Ting Hung-Kit Ni Lu Ma Sheng-Bo Ma Ying-Zhuang Xiao Li-Xin Chen Zhi-Jian