钙钛矿太阳能电池文献总结报告 PPT
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钙钛矿型太阳能电池-优秀PPT文档
研究方向
1.研究钙钛矿层对电池性能的影响 2.寻找新材料（光响应范围宽且强的钙钛矿结构、HTM等）
谢谢
[1]..soc.131( ) 6050-6051
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
2.国内外研究现状
年，Jin Hyuck Heo等将一种固态的空穴导电材料（hole transporting materials，简称HTM)引入到太阳能电池中，使得电池效 率达到10%左右[3]。
1.SPiro-OMeTAD，
2.Poly(3-hexylthiophene-2.5-diyl)-P3HT
3.4-(diethylamino)-benzaldehyde diphenyldrazone-DEH
三者效率依次为8.5%，4.5%和1.6%，SPiro-OMeTAD的电池效 率最高。
年，等人将Al2O3取代TiO2作为电子传递介质，研究Al2O3的厚 度变化时电池效率，电池效率最高达到了12.3%[6]。
年7月，Hongwei Han 等研制的无空穴传输材料可印刷介观太 阳能电池，实现了介观太阳能电池低成本和连续生产工艺的完美结合， 获得了12.84%的光电转换效率，且具有高稳定性[9]。
就目前来看，尽管太阳能电池的转化效率有了一定的提高，最高效率19. 三者效率依次为8. 年，等人将Al2O3取代TiO2作为电子传递介质，研究Al2O3的厚度变化时电池效率，电池效率最高达到了12. science, . 3P4o5ly:(239-5h-e2x9y7lthiophene-2. 163%1，( S) P60ir5o0-O-6M05e1TAD的电池效率最高。 4P-o(dlyi(e3t-hhyelaxmyltinhoio)p-bheennzea-l2d.ehyde diphenyldrazone-DEH JBi-n铅gb(Pi Ybo)或u,Z锡ir(uSonH)等on阳g,离et子al. 年[8]，. 等人将Al2O3取代TiO2作为电子传递介质，研究Al2O3的厚度变化时电池效率，电池效率最高达到了12. 1sc3i1e(nc)e6,0.50-6051 8345%:2的9光5-2电9转7 换效率，且具有高稳定性[9]。 ,J1in3g,2b4i 1Y2o-u2,4Z1ir7uo Hong,et al. J,1in3g,2b4i 1Y2o-u2,4Z1ir7uo Hong,et al. 年，Akihiro Kojima[1]等首次提出将CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3（钙钛矿材料）制备成量子点（9-10nm）应用到太阳能电池中（染 料敏化太阳能电池，简称DSSC)。 Jingbi You,Ziruo Hong,et al. [4]Hui-seon Kim.
1.研究钙钛矿层对电池性能的影响 2.寻找新材料（光响应范围宽且强的钙钛矿结构、HTM等）
谢谢
[1]..soc.131( ) 6050-6051
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
2.国内外研究现状
年，Jin Hyuck Heo等将一种固态的空穴导电材料（hole transporting materials，简称HTM)引入到太阳能电池中，使得电池效 率达到10%左右[3]。
1.SPiro-OMeTAD，
2.Poly(3-hexylthiophene-2.5-diyl)-P3HT
3.4-(diethylamino)-benzaldehyde diphenyldrazone-DEH
三者效率依次为8.5%，4.5%和1.6%，SPiro-OMeTAD的电池效 率最高。
年，等人将Al2O3取代TiO2作为电子传递介质，研究Al2O3的厚 度变化时电池效率，电池效率最高达到了12.3%[6]。
年7月，Hongwei Han 等研制的无空穴传输材料可印刷介观太 阳能电池，实现了介观太阳能电池低成本和连续生产工艺的完美结合， 获得了12.84%的光电转换效率，且具有高稳定性[9]。
就目前来看，尽管太阳能电池的转化效率有了一定的提高，最高效率19. 三者效率依次为8. 年，等人将Al2O3取代TiO2作为电子传递介质，研究Al2O3的厚度变化时电池效率，电池效率最高达到了12. science, . 3P4o5ly:(239-5h-e2x9y7lthiophene-2. 163%1，( S) P60ir5o0-O-6M05e1TAD的电池效率最高。 4P-o(dlyi(e3t-hhyelaxmyltinhoio)p-bheennzea-l2d.ehyde diphenyldrazone-DEH JBi-n铅gb(Pi Ybo)或u,Z锡ir(uSonH)等on阳g,离et子al. 年[8]，. 等人将Al2O3取代TiO2作为电子传递介质，研究Al2O3的厚度变化时电池效率，电池效率最高达到了12. 1sc3i1e(nc)e6,0.50-6051 8345%:2的9光5-2电9转7 换效率，且具有高稳定性[9]。 ,J1in3g,2b4i 1Y2o-u2,4Z1ir7uo Hong,et al. J,1in3g,2b4i 1Y2o-u2,4Z1ir7uo Hong,et al. 年，Akihiro Kojima[1]等首次提出将CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3（钙钛矿材料）制备成量子点（9-10nm）应用到太阳能电池中（染 料敏化太阳能电池，简称DSSC)。 Jingbi You,Ziruo Hong,et al. [4]Hui-seon Kim.
钙钛矿太阳能电池文献总结报告知识讲解共44页PPT
钙钛矿太阳能电池文献总结报告知识 讲解
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申
钙钛矿太阳能电池PPT课件
Perovskite oxides for visible-light-absorbing ferroelectric and photovoltaic materials
Nature 503, 509 (2013)
以钙钛矿结构的CH3NH3PbX3（X=I，Br，Cl）作为光 吸收层的敏化电池，实验室报道效率已超过15%。
染料敏化电池，dye sensitized solar cell， 简பைடு நூலகம்DSSC
当太阳光照射在染料敏化太 阳能电池上，染料分子中基 态电子被激发，激发态染料 分子将电子注入到纳米多孔 半导体的导带中，注入到导 带中的电子迅速富集到导电 玻璃面上，传向外电路，并 最终回到对电极上。而由于染料的氧化还原电位高于氧 化还原电解质电对的电位，这时处于氧化态的染料分子 随即被还原态的电解质还原。然后氧化态的电解质扩散 到对电极上得到电子再生，如此循环，即产生电流。
钙钛矿太阳能电池
《科学》杂志评选2013年度十大科学突 破，第3项。钙钛矿型太阳能电池: 一种 新时代的太阳能电池材料在过去的这一 年中获得了大量的关注，它们比那些传 统的硅电池要更便宜且更容易生产。钙 钛矿电池还没有像商用太阳能电池那样 有效，但它们正在快速不断地得到改善。
美国宾州大学的Andrew Rappe研究组，将钙 钛矿结构的铁电晶体用于光伏转换，提高光吸 收效率，号称转换效率可达50%以上。目前只 是材料和结构的设想，尚未制作出实际器件。
Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition
Nature 501, 395 (2013) 英国牛津大学Henry Snaith小 组，15.4%
Nature 503, 509 (2013)
以钙钛矿结构的CH3NH3PbX3（X=I，Br，Cl）作为光 吸收层的敏化电池，实验室报道效率已超过15%。
染料敏化电池，dye sensitized solar cell， 简பைடு நூலகம்DSSC
当太阳光照射在染料敏化太 阳能电池上，染料分子中基 态电子被激发，激发态染料 分子将电子注入到纳米多孔 半导体的导带中，注入到导 带中的电子迅速富集到导电 玻璃面上，传向外电路，并 最终回到对电极上。而由于染料的氧化还原电位高于氧 化还原电解质电对的电位，这时处于氧化态的染料分子 随即被还原态的电解质还原。然后氧化态的电解质扩散 到对电极上得到电子再生，如此循环，即产生电流。
钙钛矿太阳能电池
《科学》杂志评选2013年度十大科学突 破，第3项。钙钛矿型太阳能电池: 一种 新时代的太阳能电池材料在过去的这一 年中获得了大量的关注，它们比那些传 统的硅电池要更便宜且更容易生产。钙 钛矿电池还没有像商用太阳能电池那样 有效，但它们正在快速不断地得到改善。
美国宾州大学的Andrew Rappe研究组，将钙 钛矿结构的铁电晶体用于光伏转换，提高光吸 收效率，号称转换效率可达50%以上。目前只 是材料和结构的设想，尚未制作出实际器件。
Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition
Nature 501, 395 (2013) 英国牛津大学Henry Snaith小 组，15.4%
钙钛矿太阳电池综述PPT演示课件
16
四、制备无铅钙钛矿材料
现在的有机金属卤化物钙钛矿材料含有铅元素, 在国际许多地方已被列为禁止使 用的材料, 如何通过金属元素替代的方法找到同等或更高转换效率的无铅钙钛矿 吸收材料依然是一个挑战。
17
五、氧化物钙钛矿太阳能材料
除了有机/无机复合钙钛矿材料以外, 具备高吸光性能的氧化物钙钛矿材料也引起 了大量的关注：
22
十、极限转换效率
我们还关心的是这种全固态钙钛矿太阳能电池的极限转换效率到底是多少, 它能 否达到单结太阳能电池的Schockley-Quisser理论极限, 以及通过元素替代制备出 具有梯度能带的叠层结构, 我们能否以较低成本获得像半导体多结太阳能电池 (Ge/InGaP/InGaAs)器件那样高达40%的转换效率。
23
具体表征手段
24
SEM（扫描电子显微镜）
使用SEM来观察器件的结构和成分与质量鉴定。
Zahner IM6e电化学工作站
使用该仪器来测量太阳能电池的参数，如短路电流、开路电压、填充因子和最 大转化效率等。
25
总结
基于钙钛矿的太阳能电池已经在光伏领域掀起了一场以高效低成本器件为目标的 新革命，UCLA的 Yang Yang 教授甚至把它称为新一代太阳能电池。因此, 由近一 年钙钛矿的迅猛发展速度可以预测, 随着相关研究组的不断努力, 我们完全有理 由相信, 综合利用结构工程、材料工程、界面工程、能带工程和入射光管理工程, 有可能通过低成本的制备工艺大规模生产出转换效率极高的绿色、高效钙钛矿基 太阳能新能源, 真正成为新一代的低成本、绿色能源产业的主流产品。
7
迅速发展
到2011年，研究者将实验方案进行了改进与优化，制备的CH3NH3PbI3量子点达到 2~3mm，电池效率增加了一倍达到6.54%
四、制备无铅钙钛矿材料
现在的有机金属卤化物钙钛矿材料含有铅元素, 在国际许多地方已被列为禁止使 用的材料, 如何通过金属元素替代的方法找到同等或更高转换效率的无铅钙钛矿 吸收材料依然是一个挑战。
17
五、氧化物钙钛矿太阳能材料
除了有机/无机复合钙钛矿材料以外, 具备高吸光性能的氧化物钙钛矿材料也引起 了大量的关注：
22
十、极限转换效率
我们还关心的是这种全固态钙钛矿太阳能电池的极限转换效率到底是多少, 它能 否达到单结太阳能电池的Schockley-Quisser理论极限, 以及通过元素替代制备出 具有梯度能带的叠层结构, 我们能否以较低成本获得像半导体多结太阳能电池 (Ge/InGaP/InGaAs)器件那样高达40%的转换效率。
23
具体表征手段
24
SEM（扫描电子显微镜）
使用SEM来观察器件的结构和成分与质量鉴定。
Zahner IM6e电化学工作站
使用该仪器来测量太阳能电池的参数，如短路电流、开路电压、填充因子和最 大转化效率等。
25
总结
基于钙钛矿的太阳能电池已经在光伏领域掀起了一场以高效低成本器件为目标的 新革命，UCLA的 Yang Yang 教授甚至把它称为新一代太阳能电池。因此, 由近一 年钙钛矿的迅猛发展速度可以预测, 随着相关研究组的不断努力, 我们完全有理 由相信, 综合利用结构工程、材料工程、界面工程、能带工程和入射光管理工程, 有可能通过低成本的制备工艺大规模生产出转换效率极高的绿色、高效钙钛矿基 太阳能新能源, 真正成为新一代的低成本、绿色能源产业的主流产品。
7
迅速发展
到2011年，研究者将实验方案进行了改进与优化，制备的CH3NH3PbI3量子点达到 2~3mm，电池效率增加了一倍达到6.54%
钙钛矿太阳能电池PPT课件
钙钛矿太阳能电池
岳世忠
-
1
钙钛矿
钙钛矿电池的光吸收层是一 种有机-无机杂化的材料，化学 式为 AMX3（A：CH3NH3+； M：PB2+；X：I–，BR–或 CL–）。是典型的钙钛矿 （CATIO3）晶体结构。
晶胞结构MX6构成八面体， 并相互接触，组成了三维结构， CH3NH3+嵌入其中。
-
2
-
6
能级和电子转移示意图
（1）电子注入; （2）空穴注入; （3）辐射激子复合; （4）非辐射激子复合; （5）反电子转移到TIO2的表面; （6）反电子转移到HTM表面; （7）电荷复合在纳米TIO2/HTM界 面。
-
7
优点
一般的带隙约为 1.5eV通过卤族 元素的替代可以 调节禁带宽度
合适的直接带 隙
-
9
-
10
-
厚度为 300 nm 左 右的钙钛矿材料 便能吸收紫外到近 红外几乎所有的光
子
高的吸收系数
优良的双极输运特 性，CH3NH3PbI3中， 电子和空穴的迁移 率达到 10 cm2/(V·s)
优异的载流子 输运性能
8
高的外量子效率
PBDTTT和非晶硅AM1.5G SOLAR SPECTRA
CH3NH3PBI3 AM1.5G SOLAR SPECTRA
高电池的开路电压。
钙钛矿电池的原理，在光 照下光敏层产生激子，由 于激子束缚能较小，在材 料内部就可以发生分离， 通过电子空穴层的输运，
最后被电极收集。
-
5
光敏层中的光物理过程
光吸收产生电子空穴对，然后演变形成高 度离域的瓦尼尔激子。其中一小部分会自 发的形成自由载流子，激子和自由载流子 共存，其动态数目根据它们寿命的变化而 变化。激子的成双重组是很弱的。缺陷辅 助的重组，在些CH3NH3PBX3钙钛矿也会 被抑制。从激子猝灭产生的电子和空穴的 复合也是很微弱的。俄歇复合在这里是占 主导地位的，在高泵入激励的条件下自放 大辐射会和俄歇复合竞争。在低的光强下， 俄歇和自放大复合会受到抑制。
岳世忠
-
1
钙钛矿
钙钛矿电池的光吸收层是一 种有机-无机杂化的材料，化学 式为 AMX3（A：CH3NH3+； M：PB2+；X：I–，BR–或 CL–）。是典型的钙钛矿 （CATIO3）晶体结构。
晶胞结构MX6构成八面体， 并相互接触，组成了三维结构， CH3NH3+嵌入其中。
-
2
-
6
能级和电子转移示意图
（1）电子注入; （2）空穴注入; （3）辐射激子复合; （4）非辐射激子复合; （5）反电子转移到TIO2的表面; （6）反电子转移到HTM表面; （7）电荷复合在纳米TIO2/HTM界 面。
-
7
优点
一般的带隙约为 1.5eV通过卤族 元素的替代可以 调节禁带宽度
合适的直接带 隙
-
9
-
10
-
厚度为 300 nm 左 右的钙钛矿材料 便能吸收紫外到近 红外几乎所有的光
子
高的吸收系数
优良的双极输运特 性，CH3NH3PbI3中， 电子和空穴的迁移 率达到 10 cm2/(V·s)
优异的载流子 输运性能
8
高的外量子效率
PBDTTT和非晶硅AM1.5G SOLAR SPECTRA
CH3NH3PBI3 AM1.5G SOLAR SPECTRA
高电池的开路电压。
钙钛矿电池的原理，在光 照下光敏层产生激子，由 于激子束缚能较小，在材 料内部就可以发生分离， 通过电子空穴层的输运，
最后被电极收集。
-
5
光敏层中的光物理过程
光吸收产生电子空穴对，然后演变形成高 度离域的瓦尼尔激子。其中一小部分会自 发的形成自由载流子，激子和自由载流子 共存，其动态数目根据它们寿命的变化而 变化。激子的成双重组是很弱的。缺陷辅 助的重组，在些CH3NH3PBX3钙钛矿也会 被抑制。从激子猝灭产生的电子和空穴的 复合也是很微弱的。俄歇复合在这里是占 主导地位的，在高泵入激励的条件下自放 大辐射会和俄歇复合竞争。在低的光强下， 俄歇和自放大复合会受到抑制。
钙钛矿太阳能电池报告ppt课件
➢ 双源气相沉积法
➢ 顺序气相沉积法
MA : CH3NH3+
MA : CH3NH3+
Journal of Nanomaterials, vol. 2018, Article ID 8148072, 15 pages, 2018.
合成方法 — 溶液法
➢ 一步法
➢ 两步法
MA : CH3NH3+
MA : CH3NH3+
ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 42436-42443
含噻唑 240nm
界面钝化
功率转换效率
无噻唑
14%
50个太阳能电池功率转换效率直方图
含噻唑
ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 42436-42443
18%
界面钝化
目录 CONTENTS
1 历史背景
2 钙钛矿太阳能电池的基本结构
3 高效率太阳能电池的实现
4 前景及挑战
钙钛矿光伏技术的起点：
Organometal halide perovskites as visible- light sensitizers for photovoltaic cells
被《Science》杂志评为 2013 年十大科学突破之一
无噻唑 120nm
Top-view SEM images MAPbI3 films: (a, b) fabricated without thiazole; (d, e) fabricated with a thiazole additive (c, f) Histogram of the grain size for MAPbI3 films w/o and with thiazole
钙钛矿太阳能电池PPT课件
户外装备
钙钛矿太阳能电池还可用 于为户外装备提供电力， 如帐篷、野营灯等，为户 外活动提供便利。
在太空探测领域的应用
太空飞行器能源
钙钛矿太阳能电池具有高效能量 转换和轻量化的特点，适用于太 空飞行器的能源供应，为太空探 测任务提供稳定、可靠的能源支
持。
月球基地能源
在月球基地建设中，钙钛矿太阳 能电池可以作为可持续的能源解 决方案，为月球基地提供长期、
面临的挑战
稳定性
钙钛矿太阳能电池的稳定性问题是 目前最大的挑战之一，需要进一步 研究以提高其长期使用的可靠性。
毒性
部分钙钛矿材料可能对人体和 环境有害，需要寻找无毒或低 毒的替代品。
大面积制备
目前钙钛矿太阳能电池的大面 积制备还存在一定的技术难度 和挑战。
效率衰退
钙钛矿太阳能电池在长时间使 用后可能会出现效率衰退的问 题，需要进一步研究和解决。
项目目标
本项目旨在研发高效钙钛矿太阳能电池，实现产业化生产和应用，推动新能源技术的进步 和发展。
技术路线与实施方案
技术路线
本项目采用新型钙钛矿材料，通过材料合成、器件制备、性 能测试等技术手段，研发出高效钙钛矿太阳能电池。
实施方案
本项目分为材料合成、器件制备、性能测试、产业化生产四 个阶段。在每个阶段，我们将严格按照技术路线图进行实验 和测试，确保项目顺利实施。
低成本制造工艺
钙钛矿太阳能电池的制造工艺相对简 单，成本较低，有利于大规模生产和 应用。
02
钙钛矿太阳能电池的原理
钙钛矿的结构与性质
钙钛矿材料具有ABX3型晶体结 构，其中A为有机阳离子，B为 金属阳离子，X为卤素阴离子。
钙钛矿材料具有直接带隙半导 体特性，光吸收系数高，吸光 能力强。
钙太矿太阳能电池PPT课件
钙钛矿材料易于合成，可采用溶液法制备大面积、低成本的光电薄膜。
钙钛矿太阳能电池的工作原理
01
当太阳光照射到钙钛矿 层时，光子被吸收并产 和空穴在钙钛矿层 中通过扩散传输到异质 结界面。
在异质结界面，电子和空 穴被传输到相邻的电子传 输层和空穴传输层。
电子和空穴在传输层中被 分离，并分别收集到负极 和正极，形成光电流。
促进可持续发展
钙钛矿太阳能电池的应用 有助于推动经济、社会和 环境的可持续发展，实现 人类与自然的和谐共生。
提升能源安全
发展钙钛矿太阳能电池可 以降低一个国家对传统能 源的依赖，提升能源安全。
06
结论
钙钛矿太阳能电池的研究成果总结
高光电转换效率
低制造成本
钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效 率，可达到20%以上，远高于传统硅基太 阳能电池。
THANKS
感谢观看
钙钛矿太阳能电池的效率
钙钛矿太阳能电池的效率已经 达到了25%以上，远高于传统 的硅基太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池的效率主要 受到材料质量、界面性质、载 流子输运等因素的影响。
为了进一步提高钙钛矿太阳能 电池的效率，需要深入研究这 些因素，并采取有效的措施进 行优化。
03
钙钛矿太阳能电池的制造 工艺
大面积制备难度
目前钙钛矿太阳能电池的大规模制备 技术尚不成熟，提高大面积器件的性 能是一大挑战。
制造成本不均
虽然钙钛矿材料成本较低，但其他组 件和制造过程的成本较高，影响了整 体成本的降低。
未来的发展方向
提高稳定性
通过改进材料和优化器件结构，提高钙钛矿 太阳能电池的长期稳定性是关键。
大面积制备技术
基底选择
选择合适的导电基底，如FTO、ITO等， 确保良好的导电性和透过性。
钙钛矿太阳能电池的工作原理
01
当太阳光照射到钙钛矿 层时，光子被吸收并产 和空穴在钙钛矿层 中通过扩散传输到异质 结界面。
在异质结界面，电子和空 穴被传输到相邻的电子传 输层和空穴传输层。
电子和空穴在传输层中被 分离，并分别收集到负极 和正极，形成光电流。
促进可持续发展
钙钛矿太阳能电池的应用 有助于推动经济、社会和 环境的可持续发展，实现 人类与自然的和谐共生。
提升能源安全
发展钙钛矿太阳能电池可 以降低一个国家对传统能 源的依赖，提升能源安全。
06
结论
钙钛矿太阳能电池的研究成果总结
高光电转换效率
低制造成本
钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效 率，可达到20%以上，远高于传统硅基太 阳能电池。
THANKS
感谢观看
钙钛矿太阳能电池的效率
钙钛矿太阳能电池的效率已经 达到了25%以上，远高于传统 的硅基太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池的效率主要 受到材料质量、界面性质、载 流子输运等因素的影响。
为了进一步提高钙钛矿太阳能 电池的效率，需要深入研究这 些因素，并采取有效的措施进 行优化。
03
钙钛矿太阳能电池的制造 工艺
大面积制备难度
目前钙钛矿太阳能电池的大规模制备 技术尚不成熟，提高大面积器件的性 能是一大挑战。
制造成本不均
虽然钙钛矿材料成本较低，但其他组 件和制造过程的成本较高，影响了整 体成本的降低。
未来的发展方向
提高稳定性
通过改进材料和优化器件结构，提高钙钛矿 太阳能电池的长期稳定性是关键。
大面积制备技术
基底选择
选择合适的导电基底，如FTO、ITO等， 确保良好的导电性和透过性。
钙钛矿太阳能电池 PPT精选文档
钙钛矿太阳能电池应用研究——材料科学导论
Application of Perovskite Solar Cells
全华锋，路顺茂，王晨宇，薛伟，唐川
低维材料及其应用教育部重点实验室，湘潭大学，湖南，411105
汇报内容
1
背景介绍及发展史
2
器件结构及原理
3 吸光材料的成膜技术及制备
4
C问lic题k 及to前ad景d展Ti望tle
传统的非晶硅太阳能电池，经 过多年的发展，其光电转换效率提 升缓慢．相比之下，近年来出现的 新型太阳能电池如有机太阳能电池 （OPV）、钙钛矿太阳能电池、染料 敏化太阳能电池（DSSC）和量子点 太阳能电池(quantum dot solar cells)，发展较快，光电转换效率 提升明显。
时间
团队
器件结构及原理
Reference
[1] The emergence of perovskite solar cells, Nature Photonics, 2014, 8, 506–514. [2] Perovskite Solar Cells: From Materials to Devices, Small, doi:10.1002/small201402767. [3]邓林龙, 谢素原, 黄荣彬,等. 钙钛矿太阳能电池材料和器件的研究进展[J]. 厦门大学
为立方相。高温立方相晶体结构具
有最大的电子传导特性。
5
器件结构及原理
钙钛矿太阳能电池器件结构及制备
图4 钙钛矿太阳能电池结构示意图及SEM照片
由掺杂氟SnO2 （fluorine-tin-oxide, FTO)导电玻璃、电子传输层（ETM）、钙钛矿 吸收层（如CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI2Cl、CH3NH3PbBr3等）、空穴传输层（HTM） 和金属对电极组成。 电子传输层（ETM）多为ZnO、TiO2等，空穴传输层（HTM）多为Spiro-OMeTad、 FTAA、H3MT、PEDOT：PASS等固态介质材料。
Application of Perovskite Solar Cells
全华锋，路顺茂，王晨宇，薛伟，唐川
低维材料及其应用教育部重点实验室，湘潭大学，湖南，411105
汇报内容
1
背景介绍及发展史
2
器件结构及原理
3 吸光材料的成膜技术及制备
4
C问lic题k 及to前ad景d展Ti望tle
传统的非晶硅太阳能电池，经 过多年的发展，其光电转换效率提 升缓慢．相比之下，近年来出现的 新型太阳能电池如有机太阳能电池 （OPV）、钙钛矿太阳能电池、染料 敏化太阳能电池（DSSC）和量子点 太阳能电池(quantum dot solar cells)，发展较快，光电转换效率 提升明显。
时间
团队
器件结构及原理
Reference
[1] The emergence of perovskite solar cells, Nature Photonics, 2014, 8, 506–514. [2] Perovskite Solar Cells: From Materials to Devices, Small, doi:10.1002/small201402767. [3]邓林龙, 谢素原, 黄荣彬,等. 钙钛矿太阳能电池材料和器件的研究进展[J]. 厦门大学
为立方相。高温立方相晶体结构具
有最大的电子传导特性。
5
器件结构及原理
钙钛矿太阳能电池器件结构及制备
图4 钙钛矿太阳能电池结构示意图及SEM照片
由掺杂氟SnO2 （fluorine-tin-oxide, FTO)导电玻璃、电子传输层（ETM）、钙钛矿 吸收层（如CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI2Cl、CH3NH3PbBr3等）、空穴传输层（HTM） 和金属对电极组成。 电子传输层（ETM）多为ZnO、TiO2等，空穴传输层（HTM）多为Spiro-OMeTad、 FTAA、H3MT、PEDOT：PASS等固态介质材料。
钙钛矿太阳能电池技术与发展ppt课件
气相沉积法：用PbCl2和MAI在真空下进行混蒸 辅助气相沉积法：先旋涂PbI2薄膜，烘干后，在MAI气氛下退火
12.1%
15%
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制 2.4气相法（2）
分步气相法（SVD）：将PbCl2蒸镀成平整的薄膜，再在加热的衬底上蒸镀上MAI薄膜 闪蒸法（FE）：将钙钛矿粉末作为蒸发源，利用较大的电流，瞬间蒸发形成薄膜 CVD法：将MAI粉末至于高温段，通过氮气气流，MAI蒸汽到达放置了PbI2薄膜的低温段进行反应
层叠结构 厚度~400nm 制作简单 开路电压高 重复性较差 形貌不稳定 回滞较明显
介孔结构
平面异质结结构（p-i-n）
钙钛矿电池的发展过程
最佳结构
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制 2.1一步旋涂法
不同前驱液配比 PbI2：MAI
不同退火温度
常见参数： 溶剂：DMF，GBL，DMSO 配比：PbI2：MAI=1：1，PbCl2：MAI=1:3 旋涂速度：2000-4500 rpm 退火温度：常温~130°C 溶液浓度：1M
为解决介孔结构上钙钛矿负载量小，表面起伏较大等问题，制作工艺随之发展
一步法
两步法
纳米碳管作为介孔材料
三、钙钛矿太阳能电池的结构优化 3.1介孔结构PSC 3.1.1半导体介孔材料（ZnO）
通过精确调控参数也使得该类型器件效率达到15.7% 不需要经过高温烧结，工艺简单 可运用雨柔性衬底
钙钛矿形貌
柔性电池
三、钙钛矿太阳能电池的结构优化 3.1介孔结构PSC 3.1.1绝缘体介孔材料
绝缘体介孔材料仅祈祷骨架辅助成膜作用，不参与载流子输运，在材料选择上具有很大自由度
Al2O3介孔材料
ZrO2介孔材料
12.1%
15%
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制 2.4气相法（2）
分步气相法（SVD）：将PbCl2蒸镀成平整的薄膜，再在加热的衬底上蒸镀上MAI薄膜 闪蒸法（FE）：将钙钛矿粉末作为蒸发源，利用较大的电流，瞬间蒸发形成薄膜 CVD法：将MAI粉末至于高温段，通过氮气气流，MAI蒸汽到达放置了PbI2薄膜的低温段进行反应
层叠结构 厚度~400nm 制作简单 开路电压高 重复性较差 形貌不稳定 回滞较明显
介孔结构
平面异质结结构（p-i-n）
钙钛矿电池的发展过程
最佳结构
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制 2.1一步旋涂法
不同前驱液配比 PbI2：MAI
不同退火温度
常见参数： 溶剂：DMF，GBL，DMSO 配比：PbI2：MAI=1：1，PbCl2：MAI=1:3 旋涂速度：2000-4500 rpm 退火温度：常温~130°C 溶液浓度：1M
为解决介孔结构上钙钛矿负载量小，表面起伏较大等问题，制作工艺随之发展
一步法
两步法
纳米碳管作为介孔材料
三、钙钛矿太阳能电池的结构优化 3.1介孔结构PSC 3.1.1半导体介孔材料（ZnO）
通过精确调控参数也使得该类型器件效率达到15.7% 不需要经过高温烧结，工艺简单 可运用雨柔性衬底
钙钛矿形貌
柔性电池
三、钙钛矿太阳能电池的结构优化 3.1介孔结构PSC 3.1.1绝缘体介孔材料
绝缘体介孔材料仅祈祷骨架辅助成膜作用，不参与载流子输运，在材料选择上具有很大自由度
Al2O3介孔材料
ZrO2介孔材料
钙钛矿太阳能电池课件
差、寿命短等技术挑战。
未来展望
随着科研工作的不断深入和技术 难题的逐步解决，钙钛矿太阳能 电池有望在未来成为主流的太阳
能电池技术之一。
案例三
应用场景
太空探测器需要在极端环境下工作，因此需要高效、可靠的能源系统。钙钛矿太阳能电池 作为一种新型的太阳能电池技术，在太空探测中具有广泛的应用前景。
技术优势
工作原理
钙钛矿太阳能电池利用钙钛矿材料的 光吸收特性，将太阳光转化为电能。 其工作原理包括光吸收、载流子产生、 载流子分离和收集等过程。
历史与发展
历史
钙钛矿太阳能电池的研究始于2009年，经过不断发展，其光电转换效率不断提 高，已成为当前研究的热点。
发展
目前，钙钛矿太阳能电池的研究方向主要包括提高光电转换效率、稳定性、降 低成本等方面，未来有望成为主流的太阳能电池技术之一。
03
未来发展
随着技术的进一步优化和成本的降低，钙钛矿太阳能电池在商业领域的
应用前景将更加广阔。
案例二：科研实验室的钙钛矿太阳能电池研究
科研进展
在科研实验室中，研究者们不断 探索钙钛矿太阳能电池的新材料、
新结构和新技术，以提高其光电 转换效率和稳定性。
技术挑战
尽管钙钛矿太阳能电池具有许多 优势，但它们仍然面临着稳定性
测试设备
电学性能测试仪、光谱 分析仪、表面形貌分析
仪等。
其他工具
清洗刷、刮刀、量筒、 烧杯等实验器具。
04 钙钛矿太阳能电池的性能优化
材料优化
总结词
通过选择合适的材料，可以显著提高钙 钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性。
VS
详细描述
材料优化是提高钙钛矿太阳能电池性能的 关键手段之一。通过调整材料的组分、结 构和形貌，可以改善光吸收、载流子传输 和界面性质，从而提高电池的光电转换效 率和稳定性。例如，通过掺杂不同元素或 合成新型钙钛矿材料，可以优化带隙、吸 收系数和载流子寿命等关键参数。
未来展望
随着科研工作的不断深入和技术 难题的逐步解决，钙钛矿太阳能 电池有望在未来成为主流的太阳
能电池技术之一。
案例三
应用场景
太空探测器需要在极端环境下工作，因此需要高效、可靠的能源系统。钙钛矿太阳能电池 作为一种新型的太阳能电池技术，在太空探测中具有广泛的应用前景。
技术优势
工作原理
钙钛矿太阳能电池利用钙钛矿材料的 光吸收特性，将太阳光转化为电能。 其工作原理包括光吸收、载流子产生、 载流子分离和收集等过程。
历史与发展
历史
钙钛矿太阳能电池的研究始于2009年，经过不断发展，其光电转换效率不断提 高，已成为当前研究的热点。
发展
目前，钙钛矿太阳能电池的研究方向主要包括提高光电转换效率、稳定性、降 低成本等方面，未来有望成为主流的太阳能电池技术之一。
03
未来发展
随着技术的进一步优化和成本的降低，钙钛矿太阳能电池在商业领域的
应用前景将更加广阔。
案例二：科研实验室的钙钛矿太阳能电池研究
科研进展
在科研实验室中，研究者们不断 探索钙钛矿太阳能电池的新材料、
新结构和新技术，以提高其光电 转换效率和稳定性。
技术挑战
尽管钙钛矿太阳能电池具有许多 优势，但它们仍然面临着稳定性
测试设备
电学性能测试仪、光谱 分析仪、表面形貌分析
仪等。
其他工具
清洗刷、刮刀、量筒、 烧杯等实验器具。
04 钙钛矿太阳能电池的性能优化
材料优化
总结词
通过选择合适的材料，可以显著提高钙 钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性。
VS
详细描述
材料优化是提高钙钛矿太阳能电池性能的 关键手段之一。通过调整材料的组分、结 构和形貌，可以改善光吸收、载流子传输 和界面性质，从而提高电池的光电转换效 率和稳定性。例如，通过掺杂不同元素或 合成新型钙钛矿材料，可以优化带隙、吸 收系数和载流子寿命等关键参数。
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• 继续发展
Snaith等人首次将Cl 元素引入钙钛矿中, 并使用Al2O3 替代TiO2, 证明钙钛矿不 仅可作为光吸收层, 还可作为电子传输层。
工作原理、结构和性能
工作原理
三者相互制约、相互 影响。
电池结构
性能及 其作用
工作原理
• 典型钙钛矿太阳能电池工作示意图
工作原理
太阳光照射下 钙钛矿染料敏化层 吸收光子产生 电子-空穴对，并 且脱离束缚形成 自由载流子
机率小，迁移率高
工作原理
电子通过电子传输
层（ETL），最后被 FTO收集；空穴通过空 穴传输层（HTL），最 后被金属电极收集。
最后将FTO与金属电极 连接成电路而产生光
电流。
工作原理
• 钙钛矿太阳能电池电荷传输机制
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
工作原理
钛矿型材料具
有high dual Electron、hole Mobility、large absorp -tion coefficients、favorable band gap、strong defect Tolerance、shallow point Defects、benign
grain boundary recombination Effects等优良性能，载流子复合
钙钛矿太阳能电池文献报告
学生 陈麒
目录
1 发展历史 2 工作原理、结构和性能 3 制备方法及性能稳定性的影响因素 4 缺陷及其未来发展方向
发展历史
• 起始
源于染料敏化太阳能电池，但存在致命的缺陷， 液 态电解质会溶解或者分解钙钛矿敏化材料，使电池失 效。
• 发展
将一种固态的空穴传输材料(spiro-OMeTAD) 引入到钙钛矿太阳电池中，取代液态电解质。
个支撑作用。
• 3）缩短光生电子从钙钛矿体内到n 型半导体间的
迁移距离, 能有效降低复合率。
现不少无空穴传输层的钙钛矿 太阳能电池取得高效率的报道 ，但并没有高效无电子传输层 钙钛矿太阳能电池器件的相关 报道。
性能及其作用
• 空穴传输层（HTL）的性能与作用 • 定义：能够接受带正电荷的空穴载流子并传输的结
性能及其作用
• 新型空穴传输材料（1）
对传统的spiro-OMeTAD材料进行掺杂，
如掺杂Li-TFSI和TBP。
联噻吩将四个三苯胺单元相连合成
了KTM3. KTM3，并掺杂钴化合物
其他三苯胺类小分子空穴 传输材料：
以三苯胺作为核心结构单 元。
三苯胺衍生物(H101)
以三蝶烯为核的三苯胺空穴传输材 ,T101、T102、T103
构。
HTL需要满足的 条件
HOMO 能级要高于钙钛矿材料的价带最大值, 以便于将空穴从钙钛矿层传输到金属电极。
具有较高的电导率, 这样可以减小串联电阻及 提高FF
HTM 层和钙钛矿层需紧密接触
性能及其作用
• 常见的空穴传输层材料
有机小分子空穴传输材 料
小分子空穴传输层材料具有良好的流动 性，能更好地填充介孔骨架，最常见的是 Spiro-OMeTAD及其改性材料。，进行一系列 掺杂。
复合材料
通过绝缘材料框架与TiO2构成复合材料 如TiO2/AI2O3。
石墨烯/TiO2 纳米颗粒复合材料，并掺 杂其他元素，如钇。
性能及其作用
• 电子传输层作用 • 1）促使光生电子空穴对分离，提高电荷分离及传
输效率，避免电荷积累对器件寿命的影响。
• 2）电子传输材料经常被用于形成介观框架，起一
子势的半导体材料，即n 型半导体。又可以细分为 有机半导体与无机半导体。
• 3）电子传输原理：内建电场驱动的定向漂移与晶
格的热振动造成的散射作用的共同作用。
• 4）影响电子传输效率的因素：半导体材料的能隙
、缺陷和杂质等。
性能及其作用
• 常见的电子传输层材料
TiO2
金属氧化物
ZnO
WO3等 有机小分子 富勒烯及其衍生物
含氮聚合物空穴传输材料
性能及其作用
• 空穴传输层（HTL）的作用 • 1）促使电子和空穴在功能层界面分离, 减少电荷
复合,同时有利于空穴传输, 提高电池性能。
• 2）空穴传输材料具有稳定的热力学和光学性质会
有助于提高电池的稳定性。
• 3）对于介观敏化结构的钙钛矿电池, 空穴传输材
料还应该能够有效填充到介孔相以提高器件效率。
其他有机小分子HTM，如2TAP-n-DP， Fused-F，T102，T103等
聚合物空穴传输层材料
如PEDOT:PSS，P3HT，PTAA等
无机空穴传输层 无空穴传输层
如CuSCN、CuI、NiO等
有机无机复合钙钛矿材料本身具有ｐ－ 、 ｎ－双极性，电子、空穴传导能力都很强， 因此其自身即可以作为空穴传输。
、TiO2 致密层、TiO2 介孔层、钙钛矿层、HTM 层 、金属电极.
• 第一类：介孔结构（图a）、介观超结构（图b）
图a
图b
电池结构
• 第二类：平板型异质结结构（平面结构），又可以
细分为正置结构（regular planar structure）如 图b，和倒置结构（inverted planar structure） 如图c。
图（b）n- i- p 结构
图（c）p- i -n结构
电池结构
• 第三类：无HTM（空穴传输层）结构，如图a。 • 第四类：有机结构，如图b。
图a
图b
性能及其作用
• 电子传输层（ETL)的性能与作用 • 1）定义：能接受带负电荷的电子载流子并传输电
子载流子的结构。
• 2）电子传输材料：通常具有较高电子亲和能和离
OMeTAD/Perovskite 两异质结处同时分离, 去向 有：
（1）电子注入到TiO2（ETL)
（2）空穴注入到HTL （3）光致发光现象
（4）电子与空穴的复合
（5）、（6）电子和空穴的反向传输
（7）TiO2/HTM 界面处的载流子复合
电池结构
• 常见的钙钛矿太阳能电池结构：包括FTO 导电玻璃
以平面胺基和三苯胺为核心的两种 三苯胺衍生物，OMeTPA-FA 和 OMeTPA-TPA
PNBA
非三苯胺类含氮小 分子空穴传输材料
DEH
N, N-二对甲氧基苯基胺取代的 芘衍生物(Py-A, Py-B, Py-C),
性能及其作用
• 新型空穴传输材料（2）
含硫基团小分子空穴传输材料
含硫聚合物空穴传输材料
Snaith等人首次将Cl 元素引入钙钛矿中, 并使用Al2O3 替代TiO2, 证明钙钛矿不 仅可作为光吸收层, 还可作为电子传输层。
工作原理、结构和性能
工作原理
三者相互制约、相互 影响。
电池结构
性能及 其作用
工作原理
• 典型钙钛矿太阳能电池工作示意图
工作原理
太阳光照射下 钙钛矿染料敏化层 吸收光子产生 电子-空穴对，并 且脱离束缚形成 自由载流子
机率小，迁移率高
工作原理
电子通过电子传输
层（ETL），最后被 FTO收集；空穴通过空 穴传输层（HTL），最 后被金属电极收集。
最后将FTO与金属电极 连接成电路而产生光
电流。
工作原理
• 钙钛矿太阳能电池电荷传输机制
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
工作原理
钛矿型材料具
有high dual Electron、hole Mobility、large absorp -tion coefficients、favorable band gap、strong defect Tolerance、shallow point Defects、benign
grain boundary recombination Effects等优良性能，载流子复合
钙钛矿太阳能电池文献报告
学生 陈麒
目录
1 发展历史 2 工作原理、结构和性能 3 制备方法及性能稳定性的影响因素 4 缺陷及其未来发展方向
发展历史
• 起始
源于染料敏化太阳能电池，但存在致命的缺陷， 液 态电解质会溶解或者分解钙钛矿敏化材料，使电池失 效。
• 发展
将一种固态的空穴传输材料(spiro-OMeTAD) 引入到钙钛矿太阳电池中，取代液态电解质。
个支撑作用。
• 3）缩短光生电子从钙钛矿体内到n 型半导体间的
迁移距离, 能有效降低复合率。
现不少无空穴传输层的钙钛矿 太阳能电池取得高效率的报道 ，但并没有高效无电子传输层 钙钛矿太阳能电池器件的相关 报道。
性能及其作用
• 空穴传输层（HTL）的性能与作用 • 定义：能够接受带正电荷的空穴载流子并传输的结
性能及其作用
• 新型空穴传输材料（1）
对传统的spiro-OMeTAD材料进行掺杂，
如掺杂Li-TFSI和TBP。
联噻吩将四个三苯胺单元相连合成
了KTM3. KTM3，并掺杂钴化合物
其他三苯胺类小分子空穴 传输材料：
以三苯胺作为核心结构单 元。
三苯胺衍生物(H101)
以三蝶烯为核的三苯胺空穴传输材 ,T101、T102、T103
构。
HTL需要满足的 条件
HOMO 能级要高于钙钛矿材料的价带最大值, 以便于将空穴从钙钛矿层传输到金属电极。
具有较高的电导率, 这样可以减小串联电阻及 提高FF
HTM 层和钙钛矿层需紧密接触
性能及其作用
• 常见的空穴传输层材料
有机小分子空穴传输材 料
小分子空穴传输层材料具有良好的流动 性，能更好地填充介孔骨架，最常见的是 Spiro-OMeTAD及其改性材料。，进行一系列 掺杂。
复合材料
通过绝缘材料框架与TiO2构成复合材料 如TiO2/AI2O3。
石墨烯/TiO2 纳米颗粒复合材料，并掺 杂其他元素，如钇。
性能及其作用
• 电子传输层作用 • 1）促使光生电子空穴对分离，提高电荷分离及传
输效率，避免电荷积累对器件寿命的影响。
• 2）电子传输材料经常被用于形成介观框架，起一
子势的半导体材料，即n 型半导体。又可以细分为 有机半导体与无机半导体。
• 3）电子传输原理：内建电场驱动的定向漂移与晶
格的热振动造成的散射作用的共同作用。
• 4）影响电子传输效率的因素：半导体材料的能隙
、缺陷和杂质等。
性能及其作用
• 常见的电子传输层材料
TiO2
金属氧化物
ZnO
WO3等 有机小分子 富勒烯及其衍生物
含氮聚合物空穴传输材料
性能及其作用
• 空穴传输层（HTL）的作用 • 1）促使电子和空穴在功能层界面分离, 减少电荷
复合,同时有利于空穴传输, 提高电池性能。
• 2）空穴传输材料具有稳定的热力学和光学性质会
有助于提高电池的稳定性。
• 3）对于介观敏化结构的钙钛矿电池, 空穴传输材
料还应该能够有效填充到介孔相以提高器件效率。
其他有机小分子HTM，如2TAP-n-DP， Fused-F，T102，T103等
聚合物空穴传输层材料
如PEDOT:PSS，P3HT，PTAA等
无机空穴传输层 无空穴传输层
如CuSCN、CuI、NiO等
有机无机复合钙钛矿材料本身具有ｐ－ 、 ｎ－双极性，电子、空穴传导能力都很强， 因此其自身即可以作为空穴传输。
、TiO2 致密层、TiO2 介孔层、钙钛矿层、HTM 层 、金属电极.
• 第一类：介孔结构（图a）、介观超结构（图b）
图a
图b
电池结构
• 第二类：平板型异质结结构（平面结构），又可以
细分为正置结构（regular planar structure）如 图b，和倒置结构（inverted planar structure） 如图c。
图（b）n- i- p 结构
图（c）p- i -n结构
电池结构
• 第三类：无HTM（空穴传输层）结构，如图a。 • 第四类：有机结构，如图b。
图a
图b
性能及其作用
• 电子传输层（ETL)的性能与作用 • 1）定义：能接受带负电荷的电子载流子并传输电
子载流子的结构。
• 2）电子传输材料：通常具有较高电子亲和能和离
OMeTAD/Perovskite 两异质结处同时分离, 去向 有：
（1）电子注入到TiO2（ETL)
（2）空穴注入到HTL （3）光致发光现象
（4）电子与空穴的复合
（5）、（6）电子和空穴的反向传输
（7）TiO2/HTM 界面处的载流子复合
电池结构
• 常见的钙钛矿太阳能电池结构：包括FTO 导电玻璃
以平面胺基和三苯胺为核心的两种 三苯胺衍生物，OMeTPA-FA 和 OMeTPA-TPA
PNBA
非三苯胺类含氮小 分子空穴传输材料
DEH
N, N-二对甲氧基苯基胺取代的 芘衍生物(Py-A, Py-B, Py-C),
性能及其作用
• 新型空穴传输材料（2）
含硫基团小分子空穴传输材料
含硫聚合物空穴传输材料