钙钛矿太阳能电池参考课件
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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
钙钛矿型太阳能电池ppt课件
[9].Anyi Mei,Xiong Li,Hongwei Han,et al.science,2019.345:295-297
3. 课题研讨方向
就目前来看，虽然太阳能电池的转化效率有了一定的提高，最高 效率19.4%。但依然存在以下问题： 1.效率低 2.电子复合严重 3.钙钛矿层制造方法，不易于产业化 4.实际研讨缺乏 研讨方向 1.研讨钙钛矿层对电池性能的影响 2.寻觅新资料〔光呼应范围宽且强的钙钛矿构造、HTM等〕
特点：晶体构造稳定、独特的电池性能、很高的氧化复原、氢解、 吸光 性、异构性、电催化等
2021年，Akihiro Kojima[1]等初次提出将CH3NH3PbI3和 CH3NH3PbBr3〔钙钛矿资料〕制备成量子点〔9-10nm〕运用到太阳能电 池中〔染料敏化太阳能电池，简称DSSC)。研讨在可见光范围内，该类 资料敏化TiO2的太阳能电池性能。最后，获得了3.8%的光电效率。
[4]Hui-seon Kim.Jin-wook Lee,etal.Nano lett.2019,13,2412-2417
2019年，Dong qin Bi[5]等人研讨了三种不同的HTM对电池性能的 影响。 1.SPiro-OMeTAD， 2.Poly(3-hexylthiophene-2.5-diyl)-P3HT 3.4-(diethylamino)-benzaldehyde diphenyldrazone-DEH
6050-6051
钙钛矿层制造方法
1.液相一步法 2.液相两步法 3.气相共蒸发堆积法 4.气相辅助液相法
2.国内外研讨现状
2019年，Jin Hyuck Heo等将一种固态的空穴导电资料〔hole transporting materials，简称HTM)引入到太阳能电池中，使得电池效 率到达10%左右[3]。
3. 课题研讨方向
就目前来看，虽然太阳能电池的转化效率有了一定的提高，最高 效率19.4%。但依然存在以下问题： 1.效率低 2.电子复合严重 3.钙钛矿层制造方法，不易于产业化 4.实际研讨缺乏 研讨方向 1.研讨钙钛矿层对电池性能的影响 2.寻觅新资料〔光呼应范围宽且强的钙钛矿构造、HTM等〕
特点：晶体构造稳定、独特的电池性能、很高的氧化复原、氢解、 吸光 性、异构性、电催化等
2021年，Akihiro Kojima[1]等初次提出将CH3NH3PbI3和 CH3NH3PbBr3〔钙钛矿资料〕制备成量子点〔9-10nm〕运用到太阳能电 池中〔染料敏化太阳能电池，简称DSSC)。研讨在可见光范围内，该类 资料敏化TiO2的太阳能电池性能。最后，获得了3.8%的光电效率。
[4]Hui-seon Kim.Jin-wook Lee,etal.Nano lett.2019,13,2412-2417
2019年，Dong qin Bi[5]等人研讨了三种不同的HTM对电池性能的 影响。 1.SPiro-OMeTAD， 2.Poly(3-hexylthiophene-2.5-diyl)-P3HT 3.4-(diethylamino)-benzaldehyde diphenyldrazone-DEH
6050-6051
钙钛矿层制造方法
1.液相一步法 2.液相两步法 3.气相共蒸发堆积法 4.气相辅助液相法
2.国内外研讨现状
2019年，Jin Hyuck Heo等将一种固态的空穴导电资料〔hole transporting materials，简称HTM)引入到太阳能电池中，使得电池效 率到达10%左右[3]。
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。
钙钛矿太阳电池PPT物理模型
在考虑光子循环效应的情况下，利 用平衡模型预测了碘化铅甲基铵 (CH3NH3PbI3)钙钛矿太阳能电池 的效率极限。在模型中，采用了太 阳的AM1.5光谱和实验测量的复折 射率。
The PCE limit of the perovskite cell is about 31%, which approaches to the Shockley-Queisser limit (33%) achievable by gallium arsenide (GaAs) solar cells.
n(x)/p(x)是电子/空穴浓度，D和μ分别是扩散系数和迁移率，G(X) 代表相关位置产生的光激子。 另外:R（x）=0
(a) Samples #1 (Type-1 (p-i-n), efficiency = 15.7%, JSC = 22.7mA/cm2, VOC = 0.85 V, FF = 81%).
激子结合能
关于阐明第一激发的物质是电子空穴对还是自由载流子？？
V. Sundström和他的团队，在2ps的光激发情况下，研究CH3NH3PbI3， 使用超快时间分辨光谱去揭示电子空穴对的分离形成更高能级的移动电 荷的证据。
Paul组在Nature Photonics上的文章Electro-optics of perovskite solar cells 就测量出，CH3NH3PbI3的激子束缚能小于10meV，激子束缚能 非常的小，小于室温下的热动能（26meV），光照后产生的肯定是自由 的载流子。
87% 58% 82%
机器学习能否用在钙钛矿电池的优良特性的寻找？乃至微观物理模型的建立??
1、机器学习（深度学习等）用于寻找更佳的电池参数
已有数据参数 （膜厚、退火时 间、效率等）
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。
钙钛矿太阳能电池培训课件
国内外有关钙钛矿旳研究成果
试验主要内容 1浆料旳制备
7ml盐酸 15ml钛酸四正丁酯
自然冷却
水热反应釜 180℃ 48h
洗涤3到4次
制浆料
真空干燥箱 80℃ 12h
花椰菜状纳 米TIO2
电池旳组装
清洗FTO
反复6次
旋凃致密层 3000rpm
前驱体 第一次0.15mol/L
背面五次0.3mol/L
钙钛矿太阳能电池优点诸多，不需要电场来产生电 流，这将降低所需材料旳数量，产生旳电压也更高 ，从而能增长能量产出，但也有许多不足之处，光 生载流子旳产生机理存在两种机理旳争论，电池旳 稳定性问题, 钙钛矿太阳电池在大气中效率衰减严 重等等
欣赏
花椰菜TiO2由许多 纳米棒聚成，具有 一级纳米构造旳优 良性能，有利于电 子传播
试验感悟
本课题试验比较简朴，虽然有些部分试验时间较长但不 繁琐，最终测试成果为2.18%，效率比较低，可能是电池 组装过程中有诸多失误不够耐心
本课题没有采用昂贵旳有机分子(例如Spiro-OMeTAD)作为 空穴传播材料，节省了成本
保温
冷却至室温
125℃ 5min
马弗炉退火
500℃ 15min
涂浆料
马弗炉退火 涂钙钛矿
马弗炉退火
涂碳
3000rpm
550℃ 1h
4000rpm
90℃ 1h
100℃ 真空
测试
1h
20
有关数据分析
10
Current Density (mA cm-2)
0
J-V特征曲线
-10 -20
-30
-40
-50
Jsc = 13.11 mA cm-2 Voc = 505 mV ff = 32.85% = 2.18%
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蒸
清洗玻璃片
旋凃
电子传输层 多孔层
镀 金
制备前驱体溶液
钙钛矿层
属
Байду номын сангаас
空穴传输层
电
极
图3-1 制备钙钛矿太阳能电池流程图
7
3 实验进展（实验工艺）
PbCl2 CH3NH3I
超声过滤
保温退火 基片
溶解在DMF溶液中
旋凃 4000r/min
图3-2 制备钙钛矿层流程图
8
有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池
1
1 研究背景
电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益 成为制约国际社会经济发展的瓶颈
石油、煤等不可再 生资源的不正当使 用使污染愈发严重， 人类生存受到很大 威胁环境
2
1 研究背景
能源丰富 清洁无污染 应用领域广阔
3
2 课题的提出
太阳能电池是一种通过光电效应或者光化学反应直接把光能转化成电能的装 置。太阳能技术发展至今，大致经历了三个阶段： 第一代：硅基太阳能电池 第二代：薄膜太阳能电池 第三代：具有高转换效率的一些新概念电池，如染料敏化电池、量子点电池 以及有机太阳能电池等
硅基太阳能电池 市场占有率高 发展最为完善 造价高 耗能高
薄膜太阳能电池
（GaAs/砷化镓等）
制造成本高
环境污染严重
稀缺元素不可持续
4
2 课题的提出
➢ 卤素八面体共顶点连接， 组成三维网络，连接稳 定
➢ 八面体网络间间隙大， 即使产生大量晶体缺陷， 仍然能保持结构稳定， 并有利于缺陷扩散迁移
➢ 太阳光激发钙钛矿吸收层产 生自由电子和空穴
➢ 自由电子扩散到钙钛矿/电子 传输层界面处处，并注入到 电子传输层的导带中
➢ 空穴在钙钛矿价带产生并扩 散到钙钛矿/空穴传输层界面 ，然后注入到空穴传输层的 价带中
5
2 课题的提出
优势：
➢综合性能优良 ➢消光系数高且带隙宽度合适 ➢优良的双极性载流子输运性质 ➢结构简单，低成本温和条件制备
6
3 实验进展（实验工艺）