钙钛矿太阳能电池制作过程(图)
钙钛矿型太阳能电池-优秀PPT文档
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.
钙钛矿太阳能电池课件PPT
Nature 501, 395 (202X) 英国牛津大学Henry Snaith小 组，15.4%
Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells
染料敏化电池的研发方向和内容
光阳极膜性能的提高。制备电子传导率高、抑制电荷 复合的高性能多孔半导体膜，并优化膜的性能；改进 制膜的方法，使其工艺更简单、成本更低；寻找其它 可代替TiO2 的氧化物半导体。
染料敏化效果的提高。设计、合成高性能的染料分子， 并改善分子结构，提高电荷分离效率，使染料具有更 优异的吸收性能和光谱吸收范围；充分利用多种染料 的特征吸收光谱的不同，研究染料的协同敏化，拓宽 染料对太阳光的吸收光谱。
光敏层，即钙钛矿光吸收层，接受光照激发产生光电 子，注入到多孔半导体层。后来的研究发现，该光敏 层同时具有电子传输功能。
空穴传输材料，捕获空穴，代替传统染料敏化电池中 的电解液，对于制造全固态敏化电池是一个大的突破。
金属电极，即背电极，在染料敏化电池结构中相当于 对电极。
Michael Gratzel小组的最新成果
钙钛矿太阳能电池
《科学》杂志评选202X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。
钙钛矿太阳能电池基本原理和制备方法
钙钛矿太阳能电池基本原理和制备方法2.1基本原理钙钛矿太阳能电池作为一种新出现的太阳能电池，其电池结构目前主要有两种，第一种是由染料敏化太阳能电池演化而来的“敏化”结构，此结构与染料敏化太阳能电池极为相似，具有高吸光性的钙钛矿材料作为光敏化剂，其层状结构的每一层物质依次为透明导电玻璃、ZnO或TiO2致密层、钙钛矿敏化的多孔TiO2或Al2O3层、空穴传输层（HTMs）、金属电极，结构图如图2.1左。
第二种是平面异质结薄膜结构，其层状结构每一层物质依次为透明导电玻璃、ZnO或TiO2致密层、钙钛矿层、空穴传输层（HTMs）、金属电极，结构图如图2.1右。
这种结构下钙钛矿既是光吸收层又是电子传输层和空穴传输层，其优良性能被充分利用。
由于作为空穴传输层（HTMs）的Spiro-OMeTAD材料制备起来相对比较复杂和昂贵，因而无空穴传输层（HTMs）的钙钛矿太阳能电池的研发也成为科研热点。
图2.1 （a）“敏化”钙钛矿太阳能电池结构（b）平面异质结钙钛矿太阳能电池结构2.1.1“敏化”钙钛矿太阳能电池H.S.Kim等科学家制作出了光电转化效率为9.7％的敏化全固态钙钛矿太阳能电池，作为光吸收层的钙钛矿CH3NH3PbI3的光吸收系数很高，较薄的钙钛矿敏化的多孔TiO2层可以吸收大量的光源，因而电池可以产生高达17.6mA/cm2的短路电流密度。
此后tzelaGr 等科学家优化了电池制备方法，在TiO2光阳极表面上形成CH3NH3PbI3纳米晶，此纳米晶具有高吸附性和该覆盖性。
此方法使得太阳能电池光电转换效率达到15％，并且具有极高的稳定性，500小时后光电转化效率仍然达到一开始的80％.一维的TiO2纳米结构，包括纳米棒、纳米管、纳米线等，相比较于由TiO2纳米颗粒组成的薄膜，其电子传输效率更高，电子寿命更长，晶界的电荷复合效率更低。
TiO2薄膜因其有利于电子传输，具有恰当的能级，在传统的敏化结构太阳能电池中可以作为光阳极。
钙钛矿太阳能电池制作过程(图)ppt课件
Wang W.P. 2016-10-21
1
1. 视频实验整理（湿度影响，材料PbCl2+CH3NH3I）
相对湿度：30 %
相对湿度：60 %
➢ Processing in an environment with a humidity of 30-40% rh results in films
film colour will appear orange/brown after the 30 second spin coating
stage. Although the film will revert back to a bright yellow upon placing on a 90°C hotplate and appear a dark brown/grey after the thermal heating 2 stage, the films will provide poor device performance.
• Au is one of the best catalysts to make CO from electrochemical CO2 reduction with high Faradic efficiency at low overpotential.
• Oxygen evolution anode uses iridium oxide (IrO2): high activity, stability against dissolution.
测试
8
9Leabharlann 101112
13
14
3.1 Perovskite PV-Driven CO Generation from CO2 CO is the product that stores the largest amount of energy per molecule
钙钛矿太阳能电池基本原理和制备方法
钙钛矿太阳能电池基本原理和制备方法2.1基本原理钙钛矿太阳能电池作为一种新出现的太阳能电池，其电池结构目前主要有两种，第一种是由染料敏化太阳能电池演化而来的“敏化”结构，此结构与染料敏化太阳能电池极为相似，具有高吸光性的钙钛矿材料作为光敏化剂，其层状结构的每一层物质依次为透明导电玻璃、ZnO或TiO2致密层、钙钛矿敏化的多孔TiO2或Al2O3层、空穴传输层（HTMs）、金属电极，结构图如图2.1左。
第二种是平面异质结薄膜结构，其层状结构每一层物质依次为透明导电玻璃、ZnO或TiO2致密层、钙钛矿层、空穴传输层（HTMs）、金属电极，结构图如图2.1右。
这种结构下钙钛矿既是光吸收层又是电子传输层和空穴传输层，其优良性能被充分利用。
由于作为空穴传输层（HTMs）的Spiro-OMeTAD材料制备起来相对比较复杂和昂贵，因而无空穴传输层（HTMs）的钙钛矿太阳能电池的研发也成为科研热点。
图2.1 （a）“敏化”钙钛矿太阳能电池结构（b）平面异质结钙钛矿太阳能电池结构2.1.1“敏化”钙钛矿太阳能电池H.S.Kim等科学家制作出了光电转化效率为9.7％的敏化全固态钙钛矿太阳能电池，作为光吸收层的钙钛矿CH3NH3PbI3的光吸收系数很高，较薄的钙钛矿敏化的多孔TiO2层可以吸收大量的光源，因而电池可以产生高达17.6mA/cm2的短路电流密度。
此后tzelaGr 等科学家优化了电池制备方法，在TiO2光阳极表面上形成CH3NH3PbI3纳米晶，此纳米晶具有高吸附性和该覆盖性。
此方法使得太阳能电池光电转换效率达到15％，并且具有极高的稳定性，500小时后光电转化效率仍然达到一开始的80％.一维的TiO2纳米结构，包括纳米棒、纳米管、纳米线等，相比较于由TiO2纳米颗粒组成的薄膜，其电子传输效率更高，电子寿命更长，晶界的电荷复合效率更低。
TiO2薄膜因其有利于电子传输，具有恰当的能级，在传统的敏化结构太阳能电池中可以作为光阳极。
钙钛矿太阳能电池技术与发展ppt课件
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制 2.3两步旋涂法
常见参数： 溶剂：DMF，GBL，DMSO，异丙醇 溶液浓度：PbI2(1 M), MAI(0.3~0.6 M) 旋涂速度：2000 rpm 反应时长：大于30 min 退火温度：大于100°C
钙钛矿太阳能电池（Provskite Solar Cell）
框架
引言 钙钛矿晶体结构和光伏特性 钙钛矿材料的制备方法与形貌控制 钙钛矿太阳能电池的结构优化 钙钛矿太阳能电池的稳定性 总结
引言
钙钛矿太阳能电池自2009年被提出以来取得了迅猛的发展，其性能甚至超越了其他类型的电池多年的积累。 因其有着很好的光吸收特性以及载流子输运特性，同时又是直接带隙半导体材料，特别适合于制作太阳能。 在2013年被Science评委国际十大科技进展之一。 截至目前，被认证的最高效率已达到22.1%，未来仍有望突破，逼近SQ理论极限。
优点： 三维采光 柔性好，抗弯折
不足： 效率低
基本结构：中央使用不锈钢丝最为基底，最外侧采用透明电极材料碳纳米管
通过温和的溶液方法，用ZnO阵列取代了TiO2多孔层。提高了钙钛矿材料的空隙渗透率，但是电池效率也仅从3.3%提升至3.8%
四、钙钛矿太阳能电池的稳定性
稳定性
材料稳定性
器件稳定性
热稳定性
1.0
2.0
不同量的MACl
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制 2.1一步旋涂法 2.1.3快速沉积结晶法（FDC）
FDC
传统方法
FDC法：晶粒尺寸明显增大，表面平整度提高，覆盖率高
综合创新实验：碳基钙钛矿太阳能电池的制备与性能表征
大 学 化 学Univ. Chem. 2024, 39 (4), 178收稿：2023-11-29；录用：2024-01-08；网络发表：2024-01-11*通讯作者，Email:*************.cn基金资助：国家自然科学基金(22169022)；延安大学教学改革研究项目(YDJG22-39)•专题• doi: 10.3866/PKU.DXHX202311091 综合创新实验：碳基钙钛矿太阳能电池的制备与性能表征高怡璇，昝灵兴，张文林，魏清渤*延安大学化学与化工学院，陕西 延安 716000摘要：实验教学对于化学专业学生的创新能力培养至关重要。
通过综合实验教学，培养化学专业学生发现问题和解决问题的能力，增强学生对太阳能光伏器件的研究兴趣，树立科研信心，培养学生的创新能力。
采用表面工程提高可刮涂的碳基钙钛矿电池的性能，促进界面层间的空穴传输和钙钛矿/碳界面接触，提高电池器件的转换效率。
该实验可操作性强，安全性高，可以直观感受光能与电能之间的转化，深入理解光伏器件的工作原理。
关键词：钙钛矿；太阳能电池；表面工程；碳电极中图分类号：G64：O6Comprehensive Innovation Experiment: Preparation andCharacterization of Carbon-based Perovskite Solar CellsYixuan Gao, Lingxing Zan, Wenlin Zhang, Qingbo Wei *College of Chemistry & Chemical Engineering, Yan’an University, Yan’an 716000, Shaanxi Province, China.Abstract: Experimental teaching is crucial for fostering the innovative capabilities of chemistry students. Through comprehensive experimental training, students can develop their problem-solving skills and cultivate a strong interest in researching photovoltaic devices, thereby instilling confidence in scientific research and nurturing their innovative abilities. The utilization of surface engineering enhances the performance of easily applicable carbon-based perovskite solar cells, facilitating interlayer hole transport and promoting contact between the perovskite and carbon interfaces, ultimately improving the efficiency of the devices. This experiment is highly practical and safe, allowing students to directly experience the conversion of light energy into electrical energy and gain a profound understanding of the operational principles of photovoltaic devices.Key Words: Perovskite; Solar cell; Surface engineering; Carbon electrodes普通高校化学专业是培养在化学及其相关领域从事教育、科研等工作的高级专门人才，在大学阶段培养学生的创新精神和创新实践能力，使其成为具有创新精神和实践能力的人才。
钙钛矿太阳能电池制作过程(图)
OTPs Solar Cells
Wang W.P. 2016-10-21
1. 视频实验整理（湿度影响，材料PbCl2+CH3NH3I）
相对湿度：30 %
相对湿度：60 %
Processing in an environment with a humidity of 30-40% rh results in films having a bright yellow colour post spin coating. Placing these films on a 90°C hotplate initially maintains this film colour and after 90-120 minutes, a perovskite film will be formed with a dark brown/grey colour If, instead, the humidity of the environment is too high (>40% rh) then the film colour will appear orange/brown after the 30 second spin coating stage. Although the film will revert back to a bright yellow upon placing on a 90°C hotplate and appear a dark brown/grey after the thermal heating stage, the films will provide poor device performance.
钙钛矿太阳能电池的小面积制备工艺与流程
钙钛矿太阳能电池的小面积制备工艺与流程目前钙钛矿太阳能电池在中试阶段的主要是钙钛矿单结电池。
因此以下我们主要概述钙钛矿单结电池的结构及制备工艺。
1.钙钛矿太阳能电池的结构探究钙钛矿电池的制备工艺，首先要明确钙钛矿电池的结构。
钙钛矿太阳能电池主要由五部分组成，包括透明导电基底、电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层、空穴传输层（HTL）、金属电极，具体如下：1）透明导电基底：一般采用氧化铟锡导电玻璃（ITO）或者氟掺杂的氧化锡导电玻璃（FTO）。
作为其他材料的载体，光线由此射入，将收集到的光电子传送至外电路。
2）电子传输层（ETL）：由致密TiO2和介孔TiO2两层材料组成。
其中，致密TiO2用于阻止导电基底与钙钛矿的直接接触，避免空穴向导电基底传输；介孔TiO2为钙钛矿生长提供框架与支撑，形成多孔TiO2/钙钛矿混合层，用于传输电子。
3）钙钛矿吸光层：典型代表为碘化铅甲胺（MAPbI3，MA=CH3NH3+），用于吸收太阳光产生光电子的活性材料。
4）空穴传输层（HTL）：通常使用Spiro-OMeTAD，用于提取与传输光生空穴。
5）金属电极：通过在空穴传输层外面蒸镀一层金获得，用于传输电荷并连接外电路。
钙钛矿电池的结构及工作原理2.钙钛矿电池主要制备工艺对应钙钛矿的五层结构，电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层、空穴传输层（HTL）为制备工艺的核心环节，最核心环节即钙钛矿吸光层的制备。
透明导电基底层可外采导电玻璃或柔性片；金属电极通常通过使用贵金属真空蒸镀获得。
钙钛矿电池主要制备工艺针对钙钛矿电池最核心的工艺环节（钙钛矿吸光层的制备），主要包括旋涂法以及气相法。
旋涂法又称湿法，气相法又称为干法。
1）旋涂法：旋涂法工艺相对简单，为目前主流的钙钛矿吸光层制备方法。
按照步骤的不同可进一步分为一步法、两步法。
其中，一步法指将钙钛矿的原料全部加入溶剂中，完全溶解后形成前驱溶液，前驱体溶液旋涂于基板上，溶剂在高速旋转中挥发，溶质留在基板上结晶形成钙钛矿薄膜。
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3.1 Perovskite PV-Driven CO Generation from CO2
CO is the product that stores the largest amount of energy per molecule
Chem. Rev. 115, 12888–12935 (2015)
•
Au is one of the best catalysts to make CO from electrochemical CO2 reduction with high Faradic efficiency at low overpotential.
• Oxygen evolution anode uses iridium oxide (IrO2): high activity, stability against dissolution.
旋涂PCBM
擦拭两端
蒸镀电极Ca/Al
以环氧树脂封装
6. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
紫外烘烤
擦拭两端
蒸镀电极Al
以环氧树脂封装
7. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
测试
旋涂perovskite
4. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
用棉签擦拭两端
烘干
30min 烘干完成
Glove-box containing spin-coater and thermal evaporator
5. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
2. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
准备PEDOT:PSS
ITO超声清洗
coat PEDOT:PSS
3. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
测量湿度 <40 %
PbCl3:MAI = 1:3
OTPs Solar Cells
Wang W.Biblioteka . 2016-10-211. 视频实验整理（湿度影响，材料PbCl2+CH3NH3I）
相对湿度：30 %
相对湿度：60 %
Processing in an environment with a humidity of 30-40% rh results in films having a bright yellow colour post spin coating. Placing these films on a 90°C hotplate initially maintains this film colour and after 90-120 minutes, a perovskite film will be formed with a dark brown/grey colour If, instead, the humidity of the environment is too high (>40% rh) then the film colour will appear orange/brown after the 30 second spin coating stage. Although the film will revert back to a bright yellow upon placing on a 90°C hotplate and appear a dark brown/grey after the thermal heating stage, the films will provide poor device performance.
Adjusted the area of the Au electrode
Maximize the Faradic efficiency
6.5 % solar-to-CO conversion efficiency
Thank you