钙钛矿太阳能电池技术与发展ppt课件
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钙钛矿太阳能电池课件PPT
Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition
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。
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%
钙太矿太阳能电池分析讲课课件
不能大面积制备，很难在较大面积的基底上沉积超薄薄膜而不产生孔 洞
理论最高转化效率为40%，如今制作出来的钙钛矿太阳能 电池只是接近20%。
参考资料
硅晶太阳能电池光电转化效能高，单晶硅商业光电转换率为16%~20%，但用高纯硅制做，制程必须耗费大量的电力，其电费至少要 五年才能回收，加上原料硅土昂贵、冶炼多用煤炭做燃料，提纯是会产生大量硅氯化合物，污染高。
2，卢1金，军，马《太丁阳•能格电池林的著研究，现状李和秀产业文发展，》谢洪礼等翻译《太阳能工作原理，工艺和系统
钙钛矿是指一类陶瓷氧化物，其分子通式为ABO3 ，A位一般是 稀土或碱土元素离子，B位为过渡元素离子，A位和B位皆可被半径
的应用》 相近的其他金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变
第二代太阳能电池虽然转换效率高。 3，光伏领域的新明星————钙钛矿型太阳能电池 李洪义——《中国材料进展》,
谢谢观看
20113年，[2]，光研伏究者领将实域验的方案新进行明了星改进—与优—化—，制—备的钙CH钛3N矿H3型PbI太3量阳子点能达到电2-池3nm,电李池效洪率义增加—了一—倍《达到中了6国.
现在的有机金属卤化物钙钛矿材料含有铅元素（ 因为电池中，碘化铅甲胺易溶解，铅会从中流出），造成环境污染，再很多国家禁止
成品
发展历程
2009 年 ， Akihiro Kojima 首 次 将 CH3NH3PbI3 和 CH3NH3PbBr3 应 用 到 太 阳 能 电 池 中 ( 染 料 敏 化 太 阳 能 电 池），获得了3.8%的光电效率
2011年[2]，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2-3nm,电池效率增加了一倍达到 了6.54%
物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电 磁波照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形 成电流，即光生电。光电现象由德国物理学家赫兹于1887 年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出
钙钛矿ppt
1、单一化运输 2、光吸收能力基本不变情况下， 材料所需厚度减小 3、三组分材料，无限的操作空间， 结构无限可能
FIVE 市场化问题
1、没有严格的器件性能评估方法。 2、 电池效率的可重现性差。 3、 材料对空气和水的耐受性以提高器件的稳定性差。 4、 电池材料有毒。 5、 无法大规模生产。
钙钛矿矿物就是Байду номын сангаасBNNO（或Ba，Ni共改性
金属电极 HTM
钙钛矿光敏层 ETM FTO 玻璃
FOUR 光转化为电能
激子生成示意图
太阳光入射到电池吸收层后随即被吸收， 光子的能量将原来束缚在原子核周围的电 子激发，使其形成自由电子。 由于物质整体上必须保持电中性，电子被 激发后就会同时产生一个额外的带正电的 对应物，物理学上将其叫做空穴。这样的 一个“电子--空穴对”就是科学家们常说 的“激子”。
光阳极：FT0和|T0导电玻璃 电子传输层(ETL)：接收带负电荷的电子载流子并且传输电子载流子的 材料，n型半导体。作用：促进光生电子-空穴对分离，提高电荷传输 效率。实验中背电极(Ag电极)一般用Ti02，但Ti02吸收紫外光产生光生 空穴影响钙钛矿太阳能电池的稳定性，所以空穴传输层用ZnO， Al2O3,Wo3，Zr0代替 光吸收层：钙钛矿层，收太阳光产生电子光阳极(FTO/To)空穴对，从 而高效的传输电子和空穴； 玻璃空穴传输层(HTL)：传输空穴；作用：促进电子和空穴在界面处的 分离，减钙钛矿太阳能电池的结构少复合，提高电池性能。实验中都 是spiro- OMe TAD，然而 spIro- OMe TAD的价格P型半导体昂贵、制备 工艺复杂，不利于大面积投入钙钛矿层到生产中，所以用P3HT， PCBM等有机物代替 背阴极：Au或Ag
的KNbO 3纳米晶体）越来越普及的电子设备，如手机和笔
FIVE 市场化问题
1、没有严格的器件性能评估方法。 2、 电池效率的可重现性差。 3、 材料对空气和水的耐受性以提高器件的稳定性差。 4、 电池材料有毒。 5、 无法大规模生产。
钙钛矿矿物就是Байду номын сангаасBNNO（或Ba，Ni共改性
金属电极 HTM
钙钛矿光敏层 ETM FTO 玻璃
FOUR 光转化为电能
激子生成示意图
太阳光入射到电池吸收层后随即被吸收， 光子的能量将原来束缚在原子核周围的电 子激发，使其形成自由电子。 由于物质整体上必须保持电中性，电子被 激发后就会同时产生一个额外的带正电的 对应物，物理学上将其叫做空穴。这样的 一个“电子--空穴对”就是科学家们常说 的“激子”。
光阳极：FT0和|T0导电玻璃 电子传输层(ETL)：接收带负电荷的电子载流子并且传输电子载流子的 材料，n型半导体。作用：促进光生电子-空穴对分离，提高电荷传输 效率。实验中背电极(Ag电极)一般用Ti02，但Ti02吸收紫外光产生光生 空穴影响钙钛矿太阳能电池的稳定性，所以空穴传输层用ZnO， Al2O3,Wo3，Zr0代替 光吸收层：钙钛矿层，收太阳光产生电子光阳极(FTO/To)空穴对，从 而高效的传输电子和空穴； 玻璃空穴传输层(HTL)：传输空穴；作用：促进电子和空穴在界面处的 分离，减钙钛矿太阳能电池的结构少复合，提高电池性能。实验中都 是spiro- OMe TAD，然而 spIro- OMe TAD的价格P型半导体昂贵、制备 工艺复杂，不利于大面积投入钙钛矿层到生产中，所以用P3HT， PCBM等有机物代替 背阴极：Au或Ag
的KNbO 3纳米晶体）越来越普及的电子设备，如手机和笔
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%
钙钛矿太阳能电池文献总结报告PPT课件
70℃加热搅拌至澄清后旋涂到介孔TiO2 上; 晾干 后，将衬底浸入含CH3NH3I 的异丙醇溶液中， 随后热处理即可制得钙钛矿薄膜。
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制备方法
• 3）蒸发法：控制PbI2 和CH3NH3I 的蒸发速
率来控制钙钛矿薄膜的组成，由此形成了一种新型 的平面异质结型钙钛矿太阳电池。
• 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。
• 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。
3
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工作原理、结构和性能
Defects、benign grain boundary recombination Effects等优良性能，载流子复合
机率小，迁移率高
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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
艺下，SEOK小组获得了认证效率达 16.2%的钙钛矿太阳能电池器件。
或许是由于非溶剂（甲苯）的 加入，钙钛矿组份会从前驱体 溶液中迅速析出，形成MAI-PbI2DMSO 中间相，且结晶度很好。
最后一步，在100℃环境 下annealing（退火？）10分钟，除 去中间相中的DMSO得到MAPBI3
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制备方法-前驱体的作用
• 1）氯在薄膜制备中的作用
Lee小组采用PbCl2与MAI作为前驱体溶液，并声称得到的产 物为MAPbI3xClx。
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制备方法
• 3）蒸发法：控制PbI2 和CH3NH3I 的蒸发速
率来控制钙钛矿薄膜的组成，由此形成了一种新型 的平面异质结型钙钛矿太阳电池。
• 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。
• 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。
3
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工作原理、结构和性能
Defects、benign grain boundary recombination Effects等优良性能，载流子复合
机率小，迁移率高
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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
艺下，SEOK小组获得了认证效率达 16.2%的钙钛矿太阳能电池器件。
或许是由于非溶剂（甲苯）的 加入，钙钛矿组份会从前驱体 溶液中迅速析出，形成MAI-PbI2DMSO 中间相，且结晶度很好。
最后一步，在100℃环境 下annealing（退火？）10分钟，除 去中间相中的DMSO得到MAPBI3
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制备方法-前驱体的作用
• 1）氯在薄膜制备中的作用
Lee小组采用PbCl2与MAI作为前驱体溶液，并声称得到的产 物为MAPbI3xClx。
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
有机无机钙钛矿材料ppt课件
金属阳离子 B 2+和阴离子 X- 通过强配位键形成坚硬的无机八面体框架 BX6 4-结构， B 原子位于卤素八面体的体心，而 X 原子在八面体顶点 位置，并通过共顶方式 连接，并在三维空间形成网络状的框架结构； 有机铵阳离子 A 填充在共顶连接 的八面体形成的空隙之中
10
二、有机-无机杂化钙钛矿结构
介电约 束效应 联合作用
量子约 束效应
较大的激子结合能
调节无机和
强的室温光致发光特性 有机的组分
较高的载流子迁移率
非线性光学效应…
在光电领域 的巨大应用 前景
11
三、有机-无机杂化钙钛矿材料的性能
特 殊
载流子迁移率高、
扩散长度长
应
的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光吸收能力强
用
杂
发光效率高
广
化 结
能带工程
泛
构
制备工艺低成本
12
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿
%
年份 几种薄膜太阳能电池光电转换效率近20年来的提升情况
14
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池结构
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
15
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池工作原理
当钙钛矿吸收质吸收太阳光受激后，产生电子空穴对，激子在吸 收层运动至钙钛矿吸收层与电子传输层与空穴传输层后发生分,电 子注入电子传输层（阳极），空穴注入空穴传输层（阴极）,最后 经外部电路循环形成回路电流。
主讲人： 组员：
1
概述 结构 性能
应用
10
二、有机-无机杂化钙钛矿结构
介电约 束效应 联合作用
量子约 束效应
较大的激子结合能
调节无机和
强的室温光致发光特性 有机的组分
较高的载流子迁移率
非线性光学效应…
在光电领域 的巨大应用 前景
11
三、有机-无机杂化钙钛矿材料的性能
特 殊
载流子迁移率高、
扩散长度长
应
的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
光吸收能力强
用
杂
发光效率高
广
化 结
能带工程
泛
构
制备工艺低成本
12
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿
%
年份 几种薄膜太阳能电池光电转换效率近20年来的提升情况
14
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池结构
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
15
二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
钙钛矿太阳能电池工作原理
当钙钛矿吸收质吸收太阳光受激后，产生电子空穴对，激子在吸 收层运动至钙钛矿吸收层与电子传输层与空穴传输层后发生分,电 子注入电子传输层（阳极），空穴注入空穴传输层（阴极）,最后 经外部电路循环形成回路电流。
主讲人： 组员：
1
概述 结构 性能
应用
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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介
平
DIO，HBr，水
孔
面
➢ 减慢钙钛矿结晶过程，使得原本针状的
结 构
结 构
聚集的晶体变成了较小的晶体，由此实
现了大覆盖率
10
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 ➢ 将旋涂后仍潮湿的MAPbI3薄膜中立即投入12种不良溶剂，让DMF迅速被不良溶剂萃取，薄膜中过饱和 度迅速升高，成核过程早于晶体生长
11
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制
2.1一步旋涂法
2.1.4热涂附技术
将热的前驱体溶液旋涂于并稳定保持在180°C的基板上， 由于基板温度远远高于结晶温度，过量的溶液延长了晶体 的生长，获得了晶体尺寸为1-2mm的钙钛矿薄膜。
➢ 器件重复性高，最高效率达到18% ➢ 无回滞现象 ➢ 电荷迁移率大
➢ 混合溶剂能够使钙钛矿材料形成中间相，放缓钙钛矿的结晶速度，形成更致密且均匀的钙钛矿层 9
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制
➢ 不同量的MACl对形貌的影响 ➢ 增加MACl就要相应的延长退火时间
2.1一步旋涂法
不同量的MACl
2.1.2添加剂
0
0.5
1.0
2.0
➢ 其它常见添加剂：NH4Cl，二碘代烷，
优点：
• 操作简单 • 应用广泛 • 研究成果多
不足： • 对条件特别敏感 • 成膜不均匀 • 覆盖率不高 • 重复性低
8
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制
2.1一步旋涂法
2.1.1溶剂的选择
➢ DMF：形成针状晶体 ➢ GBL：形成团簇晶体
➢ DMF/DMAc混合溶剂 ➢ GBL/DMSO混合溶剂
极限。
3
一、钙钛矿晶体结构和光伏特性
1.1历史与发展
https:///pv/assets/images/efficiency_chart.jpg
➢ 效率由3.8%至22.1%仅用7年 ➢ 相关研究成果这三年发展迅速，被
誉为“光伏领域的新希望”
索
索引词
引
“organic-
结
inorganic
7
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
不同退火时长
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
6
介孔结构
一、钙钛矿晶体结构和光伏特性
1.4电池基本结构
平面异质结结构（p-i-n）
➢需要多孔层 ➢厚度~500nm ➢形貌稳定 ➢重复性好 ➢回滞不明显 ➢易漏电 ➢开路电压低
➢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
最佳结构
钙钛矿电池的发展过程
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PPT教程： /powerpoint/
Word教程： /word/
Excel教程：www.1ppt.c om/excel/
资料下载：www. 1ppt.co m/zilia o/
PPT课件下载：www.1p pt.co m/ kejian/
范文下载：www. 1ppt.co m/fan wen/
试卷下载：www.1ppt.c om/shiti /
教案下载：www. 1ppt.co m/jiao an/
Requirement 1. tolerance fact : 0.78<t<1.05
t RA RX 2(RB RX )
2. octaቤተ መጻሕፍቲ ባይዱedral fact : 0.44<u<0.90
u RB RX
5
一、钙钛矿晶体结构和光伏特性
1.3元素调控
调控位置
➢A：膨胀或收缩晶格从而改变带隙 MA,FA,Cs ➢B：Ge,Sn,Pb,Cu等 ➢X：比例掺杂Br-I，Cl-Br等
果
perovskite
数
solar cell”
量
4
ABX3 CH3NH3PbI3
一、钙钛矿晶体结构和光伏特性
1.2钙钛矿结构
离子构成
➢ A：CH3NH3+，NH=CH3+，位于晶格八个定点 ➢ B：Pb2+，Sn2+等金属离子，位于体心 ➢ X：卤素离子占据面心
相变分析
➢ 容忍因子 ➢ 八面体扭转 ➢ 体积参数法 ➢ SPuDS软件模拟
优点：
• 重复性好 • 可控性高 • 均一性高 • 形貌易控制
不足： • 不适用平面结构 • 只能制备200 nm 厚
的钙钛矿平面薄膜 异质结电池
13
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制
2.2分步液浸法
2.2.1湿润控制与浸泡温度
退火前，以异丙醇湿润表面，通过精确控制湿润步骤和使用较高的浸泡反应温度，加快钙钛 矿晶体的生长，使钙钛矿与空穴传输层之间的界面变得粗糙且连续。
12
二、钙钛矿材料的制备方法与形貌控制
2.2分步液浸法
实验方法：在多孔层上旋涂PbI2，使其均匀进入多孔层，干燥后，在浸泡于 MAI溶液中，反应约1min，用异丙醇冲洗多余的MAI，退火烘干。
常见参数：
➢溶剂：DMF，GBL，DMSO ➢溶液浓度：PbI2(1 M), MAI(5mg/ml) ➢旋涂速度：2000-4500 rpm ➢浸泡时长：1 min ➢退火温度：常温~130°C
PPT论坛：www.1ppt .cn
➢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
1
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
2
引言
PPT模板下载：/moban/ 行业PPT模板：/hangye/
节日PPT模板：www.1p pt.co m/ jieri/