【资料】钙钛矿简述介绍汇编
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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。
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处向外传出， 因此可以得到较高的光电压。
3.4各层结构的材料及其作用
③ 钙钛矿染料敏化层（甲胺铅碘CH3NH3PbI3）
在纯CH3 NH3 PbI3 中入少量的氯元素,可以增大电子空穴的扩散长度,进而提高其短路 电流。气相蒸发沉积法制备的CH3NH3PbI3-xClx 具有最高的电池效率也验证了这一点 。CH3NH3PbBr3由于禁带宽度过大,造成电池的短路电流密度过小,但是其具有较高的 开路电压,达1.3 V。
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。
2.量子点敏化太阳能电池的优势（选看）
原理是同样适用于钙钛矿
控制钙钛矿的制备，观察形貌
2.1量子限制效应：
eg.HN=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:
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。
覆盖透明导电玻璃FTO(Fluorine-doped tin oxide)层的衬底作阳极,在其上旋
② 多孔氧化物层（多孔TiO2）主要作用是吸收和传输染料钙钛矿的光生电子。TiO2
的孔径和孔隙率直接影响HTM 对TiO2 孔的填充度(PFF)。研究表明,以晶粒尺寸为20 nm 的TiO2 作多孔氧化层,Spiro-OMeTAD 对其的填充度由26%提高到65%,空穴注入效率由 58%提高到95%,钙钛矿太阳能电池的能量转换效率提高了3 倍.
2.量子点敏化太阳能电池的优势
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：
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 于500 nm。
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。
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300 nm 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
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
多低孔，性且T不iO需2薄要膜大吸型附无单尘层设吸备光，染但料染分料子成，本如高钌，金不属稳衍定生等物）。（制备易，污染 1.4.2量子点敏化太阳能电池QDSSC
HTM (空穴传输层,Hole transportation materials)
3钙钛矿太阳能结构及其机理
3.4各层结构的材料及其作用
① 阻挡层（致密TiO2）薄薄的一层TiO2 阻挡层可以有效阻挡电子从FTO 注入空穴传输
层Spiro-OMeTAD 以及空穴从Spiro-OMeTAD 层注入FTO 层。要根据不同的沉积方法优 化阻挡层的形貌和厚度以提高钙钛矿太阳能电池的效率。应该避免过厚的阻挡层,否则会 增加钙钛矿太阳能电池的串联电阻,降低其填充因子。溶液法制备的TiO2 阻挡层的最优 化厚度应该为50~100 nm。
3钙钛矿太阳能结构及其ห้องสมุดไป่ตู้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.
钙钛矿CH3 NH3 PbI3 的禁带宽度为1.5 eV。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/HTM 之间的界面时发生 电子空穴分离,电子进入TiO2 ,空穴进入HTM, 最后到达各自的电极(电子到达FTO 阳极,空穴 到达金或银阴极)。
钙钛矿简述介绍
1.太阳能电池的分类
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、CdTe and CIGS 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
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。
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处向外传出， 因此可以得到较高的光电压。
3.4各层结构的材料及其作用
③ 钙钛矿染料敏化层（甲胺铅碘CH3NH3PbI3）
在纯CH3 NH3 PbI3 中入少量的氯元素,可以增大电子空穴的扩散长度,进而提高其短路 电流。气相蒸发沉积法制备的CH3NH3PbI3-xClx 具有最高的电池效率也验证了这一点 。CH3NH3PbBr3由于禁带宽度过大,造成电池的短路电流密度过小,但是其具有较高的 开路电压,达1.3 V。
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。
2.量子点敏化太阳能电池的优势（选看）
原理是同样适用于钙钛矿
控制钙钛矿的制备，观察形貌
2.1量子限制效应：
eg.HN=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:
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。
覆盖透明导电玻璃FTO(Fluorine-doped tin oxide)层的衬底作阳极,在其上旋
② 多孔氧化物层（多孔TiO2）主要作用是吸收和传输染料钙钛矿的光生电子。TiO2
的孔径和孔隙率直接影响HTM 对TiO2 孔的填充度(PFF)。研究表明,以晶粒尺寸为20 nm 的TiO2 作多孔氧化层,Spiro-OMeTAD 对其的填充度由26%提高到65%,空穴注入效率由 58%提高到95%,钙钛矿太阳能电池的能量转换效率提高了3 倍.
2.量子点敏化太阳能电池的优势
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：
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 于500 nm。
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。
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300 nm 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
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
多低孔，性且T不iO需2薄要膜大吸型附无单尘层设吸备光，染但料染分料子成，本如高钌，金不属稳衍定生等物）。（制备易，污染 1.4.2量子点敏化太阳能电池QDSSC
HTM (空穴传输层,Hole transportation materials)
3钙钛矿太阳能结构及其机理
3.4各层结构的材料及其作用
① 阻挡层（致密TiO2）薄薄的一层TiO2 阻挡层可以有效阻挡电子从FTO 注入空穴传输
层Spiro-OMeTAD 以及空穴从Spiro-OMeTAD 层注入FTO 层。要根据不同的沉积方法优 化阻挡层的形貌和厚度以提高钙钛矿太阳能电池的效率。应该避免过厚的阻挡层,否则会 增加钙钛矿太阳能电池的串联电阻,降低其填充因子。溶液法制备的TiO2 阻挡层的最优 化厚度应该为50~100 nm。
3钙钛矿太阳能结构及其ห้องสมุดไป่ตู้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.
钙钛矿CH3 NH3 PbI3 的禁带宽度为1.5 eV。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/HTM 之间的界面时发生 电子空穴分离,电子进入TiO2 ,空穴进入HTM, 最后到达各自的电极(电子到达FTO 阳极,空穴 到达金或银阴极)。
钙钛矿简述介绍
1.太阳能电池的分类
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、CdTe and CIGS 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