钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的制作方法

• B – Pb 或 Sn 等阳离子
• X - Cl、Br、I 等卤素阴原子
• CH3NH3PbI3
Eg=1.55 eV
钙钛矿层制作方法
1. 液相一步法 2. 液相两步法
3. 气相共蒸发沉积法
4. 气相辅助液相法
液相一步法
PCE = 7.6%
介孔TiO2层
将 PbI2 粉末和 CH3NH3I 晶体按照摩尔比例为 1:1 溶解在DMF 溶液，或 丁内酯 (GBL)，或二甲基亚砜 (DMSO)中作为旋涂液 调节参数：旋涂速率及时间，温度，溶液的润湿性和粘性等等 缺点：很难控制钙钛矿晶体的形貌
钙钛矿太阳能电池
1000 cycles of bending radius of 10 mm.
DOI: 10.1038/NPHOTON.2013.342
气相辅助液相法
先用溶液将PbI2沉积在覆盖二氧化钛薄膜的FTO上，然后在150OC 下，CH3NH3I在N2的气氛中，进行原位反应生成CH3NH3PbI3吸收 层
由于晶体形貌受PbI2 含量的影响而得到控制，因此具有更好的光伏性能。
DOI: 10.1063/1.4891275 & DOI:10.1038/nature12340
一步法与两步法比较
(a) 介孔TiO2层（TiO2/致密层/FTO，旋涂）
Hale Waihona Puke Baidu
(b) 一步法得到的 CH3NH3PbI3（/TiO2）
(c) 两步法得到的CH3NH3PbI3（/TiO2）
DOI: 10.1063/1.4891275 & DOI: 10.1002/smll.201402767
液相两步法
PCE = 15.0%
将1.3 mol/L的PbI2/DMF 溶液, 以3500 r/min 速度旋涂到TiO2 多孔层上。 将旋
涂好PbI2 膜浸入10 mg/mL 的CH3NH3I /IPA溶液中，PbI2 转化为CH3NH3PbI3， 最后CH3NH3PbI3 膜在90 ℃处理40 min。
CH3NH3PbI3-xClx 薄膜
DOI:10.1038/nature12509
气相辅助液相法
气相辅助液相法
钙钛矿太阳能电池
p – i – n 结构: PEDOT:PSS/perovskite/PCBM
n – i – p 结构: ZnO/perovskite/Spiro-OMeTAD
DOI: 10.1002/smll.201402767
Surface SEM images
一步法与两步法比较
(a) 一步法得到的CH3NH3PbI3 没有很 好地填充孔洞
(b) 两步法得到的CH3NH3PbI3 很好地 填充孔洞
Cross Sectional SEM Images
气相共蒸发沉积法
在10-3 Pa的真空下，在表面沉积了TiO2
的FTO（掺氟二氧化锡）导电玻璃上蒸 镀PbCl2 和CH3NH3I，最终得到
微纳加工 —— 钙钛矿太阳能电池
报告人：刘 杰 田亚朋 谢 洋
能量转换效率
Early 2014 The end of 2013 Mid-2012 The first efficient solidstate perovskite cells were reported 2015 Energy conversion efficiencies reaching a confirmed 16.2%
A confirmed efficiency of 17.9%
钙钛矿太阳能电池
电极 传输电子，阻碍空穴 钙钛矿吸收层（300 nm） 传输空穴，阻碍电子 空穴迁移层 导电玻璃
典型钙钛矿电池结构
钙钛矿层（Perovskite）
• ABX3
• A - 有机短链或碱金属阳离子（如 CH3NH3 、Cs）