钙钛矿太阳能电池制作过程图

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 %Fra bibliotek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
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)
Adjusted the area of Maximize the
the Au electrode
Faradic efficiency
6.5 % solar-to-CO conversion efficiency
Thank you
• Au is one of the best catalysts to make CO from electrochemical CO2 reduction with high Faradic efficiency at low overpotential.

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

OTPs Solar Cells
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

钙钛矿太阳能电池材料

背景在能源紧缺的现代社会，为了维持人类的可持续发展，科学家们一直致力于新能源的研究，其中至少在几十亿年内都取之不尽的太阳能便成了热门的研究对象。

太阳能电池大家都不陌生，它通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能。

钙钛矿材料我们也很熟悉，就是一类有着与钛酸钙（CaTiO3）相同晶体结构的材料，其结构式一般为ABX3，其中A和B是两种阳离子，X是阴离子。

但钙钛矿太阳能电池却是一个比较新的概念。

2009年日本桐荫横滨大学的宫坂力教授将碘化铅甲胺和溴化铅甲胺应用于染料敏化太阳能电池，获得了最高 3.8%的光电转化效率，此为钙钛矿光伏技术的起点但它直到2014年左右才被人们重视起来。

是因为在短短几年间其效率一直在显著提升，这是NREL上实验室最高电池效率的图，我们可以看出钙钛矿材料的效率上升速率远远超过了其他同类型材料。

钙钛矿材料被认为是最有可能取代硅晶材料作为太阳能电池的材料概述钙钛矿太阳电池一般采用有机无机混合结晶材料——如有机金属三卤化物CH3NH3PbX3（X=Cl, Br, I）作为光吸收材料。

该材料具有合适的能带结构，其禁带宽度为1.5eV，因与太阳光谱匹配而具有良好的光吸收性能，很薄的厚度就能够吸收几乎全部的可见光并用于光电转换。

如图所示，这是钙钛矿太阳能电池的一般结构结构，由上到下分别为玻璃、FTO、电子传输层（ETM）、钙钛矿光敏层、空穴传输层（HTM）和金属电极。

其中电子传输层常常用TiO2钙钛矿电池一个显著的特点是IV曲线（伏安曲线）的滞后（I-V hysteresis）（通常叫滞后现象或迟滞现象），一般从反向扫描（开路电压－短路电流）得到的曲线比正向扫描（短路电流－开路电压）看起来好很多。

现在对钙钛矿的这种现象还没有一个很好的解释，目前比较合理的解释是：钙钛矿材料具有很强的铁电性能（ferroelectricity）以及巨大的介电常数，导致电池的低频电容很大，比其他任何一种光伏电池都显著。

钙钛矿建模

利用第一性原理对甲胺碘铅进行结构模拟及性能研究目录摘要 (2)关键词 (2)一、绪论 (2)1.1钙钛矿太阳电池的结构与原理 (2)1.2CH3NH3PbX3钙钛矿的结构和性能 (3)1.3选题的意义 (4)二、CH3NH3PBI3钙钛矿结构的构建 (4)2.1CH3NH3PbI3钙钛矿的主要参数 (4)2.2建立几何模型 (5)2.2.1建立晶格 (5)2.2.2添加原子 (5)2.3利用Reflex模块进行粉末衍射图谱 (6)三、对晶体进行优化结构 (7)3.1结构优化 (7)3.1.1参数设置 (8)3.1.2运行结果显示 (8)3.2能量计算 (9)3.2.1参数设置 (9)3.2.2运行结构显示 (10)3.3计算结果分析 (11)四、CH3NH3PbI3钙钛矿几何结构延伸 (12)4.1Sn的掺杂对钙钛矿电池的能带结构的影响 (13)4.1.1Reflex粉末衍射图 (13)4.1.2几何优化 (14)4.1.3能量计算 (15)4.1.4计算结果分析 (16)4.2掺杂CH3NH3PbI3钙钛矿的几何机构及其分析 (17)4.2.1Reflex粉末衍射图 (18)4.2.2几何优化 (19)4.2.3能量计算 (19)4.2.4计算结果分析 (21)五、结论 (22)六、致谢 (22)参考文献 (22)摘要钙钛矿型甲胺碘铅薄膜太阳能电池因其结构简单、制备成本低廉等优点吸引了科研工作者的关注。

其光电转换效率在近5年内从3.8%迅速提高到15%以上，高于非晶硅的太阳电池效率，被Science评选为2013年十大科学突破之一。

本文主要是用Material Studio通过对CH3NH3PbI3钙钛矿建立晶体模型后，利用第一性原理对有机金属钙钛矿CH3NH3PbI3及其延伸结构进行结构模拟、能带分析和性能研究。

关键词：第一性原理 ; CH3NH3PbI3钙钛矿; 能带结构一、绪论1.1钙钛矿太阳电池的结构与原理钙钛矿是指CaTiO3,化学式是CaTiO3，是一种立方晶系的氧化物，是俄国化学家佩罗夫斯基发现的。

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。

钙钛矿太阳能电池材料

钙钛矿太阳能电池材料背景在能源紧缺的现代社会，为了维持人类的可持续发展，科学家们一直致力于新能源的研究，其中至少在几十亿年内都取之不尽的太阳能便成了热门的研究对象。

太阳能电池大家都不陌生，它通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能。

钙钛矿材料我们也很熟悉，就是一类有着与钛酸钙（CaTiO3）相同晶体结构的材料，其结构式一般为ABX3，其中A 和B是两种阳离子，X是阴离子。

但钙钛矿太阳能电池却是一个比较新的概念。

2009年日本桐荫横滨大学的宫坂力教授将碘化铅甲胺和溴化铅甲胺应用于染料敏化太阳能电池，获得了最高%的光电转化效率，此为钙钛矿光伏技术的起点但它直到2014年左右才被人们重视起来。

是因为在短短几年间其效率一直在显著提升，这是NREL上实验室最高电池效率的图，我们可以看出钙钛矿材料的效率上升速率远远超过了其他同类型材料。

钙钛矿材料被认为是最有可能取代硅晶材料作为太阳能电池的材料概述钙钛矿太阳电池一般采用有机无机混合结晶材料——如有机金属三卤化物CH3NH3PbX3（X=Cl, Br, I）作为光吸收材料。

该材料具有合适的能带结构，其禁带宽度为，因与太阳光谱匹配而具有良好的光吸收性能，很薄的厚度就能够吸收几乎全部的可见光并用于光电转换。

如图所示，这是钙钛矿太阳能电池的一般结构结构，由上到下分别为玻璃、FTO、电子传输层（ETM）、钙钛矿光敏层、空穴传输层（HTM）和金属电极。

其中电子传输层常常用TiO2钙钛矿电池一个显著的特点是IV曲线（伏安曲线）的滞后（I-V hysteresis）（通常叫滞后现象或迟滞现象），一般从反向扫描（开路电压－短路电流）得到的曲线比正向扫描（短路电流－开路电压）看起来好很多。

现在对钙钛矿的这种现象还没有一个很好的解释，目前比较合理的解释是：钙钛矿材料具有很强的铁电性能（ferroelectricity）以及巨大的介电常数，导致电池的低频电容很大，比其他任何一种光伏电池都显著。

钙钛矿太阳能电池的设计与制备

钙钛矿太阳能电池的设计与制备随着可再生能源的需求不断增加，太阳能电池也逐渐成为了一个研究热点。

在众多太阳能电池技术中，钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cell）是一种备受关注的新型太阳能电池，因其高效能、低成本的特性而备受青睐。

本文将着重介绍钙钛矿太阳能电池的设计与制备。

1. 钙钛矿太阳能电池的基本构造钙钛矿太阳能电池主要由钙钛矿层、电子传输层、阳极与阴极等基本部分组成。

钙钛矿层是整个电池的关键部分，其可吸收太阳能，转化为电能。

电子传输层则负责将电子从钙钛矿层运输到阳极，以生成电流。

而阳极与阴极则分别负责收集电池产生的电子与电洞。

2. 钙钛矿太阳能电池的制备步骤2.1. 制备钙钛矿溶液首先，制备钙钛矿太阳能电池的前置工作是制备钙钛矿溶液。

一般来说，制备该溶液的原料主要包括钙钛矿前体、溶剂以及稳定剂等。

这些原料按照一定的比例混合，加入适量的稳定剂后，放置在恒温槽中，搅拌1-2小时，然后等待溶液变清晰。

2.2. 制备基板在制备钙钛矿溶液的同时，需要将基板处理好。

基板的选择很重要，一般采用导电玻璃、透明电极玻璃等材料。

将基板耗时清洗，去除表面污染，然后使用氧化物、金属氧化物或金属薄膜进行导电处理。

2.3. 制备钙钛矿层将制备好的钙钛矿溶液倒在制备好的导电基板上，并使用旋转涂布机进行均匀覆盖。

将涂布后的样品置于烤箱中烘烤，以去除残留的溶液，并使钙钛矿层结晶成膜。

2.4. 制备其他部分除了钙钛矿层外，制备钙钛矿太阳能电池还需要制备电子传输层、阳极以及阴极等其他部分。

这些部分的制备方法会因具体材料而异，但在制备时需要注意材料的纯度和质量控制。

2.5. 组装太阳能电池当所有部分都制备好后，需要将它们组装起来，形成一个完整的太阳能电池。

将钙钛矿层置于导电玻璃片上，并将电子传输层与阳极等其它部分叠放在一起，用热印机加压将其粘合。

组装好的太阳能电池即可使用。

3. 钙钛矿太阳能电池的特点相比其他太阳能电池技术，钙钛矿太阳能电池具有以下几个特点：3.1. 高效能钙钛矿太阳能电池的效率已经达到了20%以上，接近于硅太阳能电池的效率。

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
钙钛矿太阳能电池是一种新型高效太阳能电池，其小面积制备工艺与流程如下：
首先，准备钙钛矿太阳能电池的光电转换层。

该层通常由钙钛矿材料制成，可以通过溶液法、物理气相沉积法等方法制备。

制备过程中需要注意控制温度、浓度等参数，以获得高质量的光电转换层。

接着，制备电极。

钙钛矿太阳能电池的电极通常由氧化锡、碳等材料制成。

制备过程中需要注意控制电极的形貌、厚度等参数，以确保电极的导电性和稳定性。

然后，将光电转换层和电极组装成太阳能电池。

组装过程中需要注意对光电转换层和电极的清洁和处理，以避免杂质和污染。

最后，对制备好的太阳能电池进行测试和性能评估。

这包括测量电池的开路电压、短路电流、填充因子等参数，以及对其光电转换效率、稳定性等性能进行评估。

综上所述，钙钛矿太阳能电池的小面积制备工艺与流程需要经过多个步骤，包括制备光电转换层、制备电极、组装太阳能电池和测试性能等。

在制备过程中需要注意控制各个参数，以获得高质量的太阳能电池。

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。

钙钛矿太阳能电池制备

实验计划1.经过详细调研后决定采用介孔结构的平面电池，制作工艺采用溶液法，这类方法应用广泛且操作简单，可以在室内环境下制备钙钛矿电池。

2.因为制作钙钛矿电池采用的主流空穴传输层材料Spiro-OMeTAD价格昂贵，所以决定采用价格较为亲民的替代材料，这其中有机碳材料是一个方向，本次实验考虑到实现性和所需药品，预备了两种方案。

方案一酞菁铜作为空穴传输层，碳作为阴电极。

1.电池结构图A中是电池的结构FTO/二氧化钛阻挡层/二氧化钛介孔层/光吸收层/纳米棒酞菁铜/低温制备炭电极图B是各层之间的能阶图2.主要药品和试剂3.实验步骤（简述）●FTO玻璃基底首先用锌粉和盐酸进行刻蚀，刻蚀之后的FTO基底依用表面活性剂清洁，接着依次用丙酮，乙醇，去离子水冲洗，最后在氧等离子体下处理30分钟以出去表面的有机物残留。

●将太酸二异丙酯的异丙醇溶液以2000r.p.m的转速在FTO基底上旋涂60s，紧接着500度烧结30分钟后形成大约50nm的二氧化钛致密层。

●将二氧化钛浆料的无水乙醇溶液以2000rpm，60s旋涂在基底上之后500度烧结30分钟，接着浸入70度的四氯化钛水溶液中30分钟，自然干燥后在500度烧结30分钟。

●将甲胺和氢碘酸在0度下混合搅拌2小时后，在50度下蒸发1小时后得到产物，将产物用乙醚冲洗三次之后置于60度真空下干燥24小时以得到期望产物甲基碘化铵白色晶体粉末。

●将碘化铅的DMF溶液以2500rpm，30s旋涂在介孔二氧化钛薄膜上后在100度烧结15分钟，冷却到室温后将复合薄膜浸入到甲基碘化铵的异丙醇溶液中60分钟，之后将钙钛矿薄膜用干的异丙醇和氮气冲洗，然后在100度下干燥30分钟。

●将酞菁铜用真空蒸镀法淀积在基板上，并用刮片技术淀积碳层，之后在100度下烧结30分钟。

方案二通过调研发现钙钛矿材料本身可以同时作为光吸收层和空穴传输层，所以此方案采用了低温制备炭电极的无空穴传输层的钙钛矿太阳电池，同样采用了介孔平面结构和溶液法制备。