柔性钙钛矿太阳能电池的研究进展
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(a) spiro-OMeTAD e-3.9 Bis-C60 -4.4 Ag C60
[7]
Gold Spiro-OMeTAD Perovskite ss-IL ITO PET
eV -4.0 -4.5 perovskite
ss-IL
-5.0 -5.5
ITO
Au
(b) e-
-1.8 e-
-3.92 -3.36 CH3NH3PbI3 Ag Bis-C60 C60 CH3NH3PbI3 NiOx ITO h+ CH3NH3PbBr3 NiOx -5.1
第42卷第9期
2016年9月
化工能源
Chemical Energy
化 工 设 计 通 讯
Chemical Engineering Design Communications
柔性钙钛矿太阳能电池的研究进展
郭金实
（哈尔滨市第三中学群力校区，黑龙江哈尔滨 150087）
摘 要 ： 钙钛矿太阳能电池是近年来太阳能电池领域的一颗新星， 在不到 7a 的时间里， 其效率从 3.8% 飞速地提高到了 22%。由于钙钛矿材料本身可以低温制备， 因此具有质量轻、 可弯曲、 适用性广等特点的柔性钙钛矿电池， 受到人们的广泛关注。 现针对柔性钙钛矿电池， 分为 n-i-p 和 p-i-n 两种电池结构， 分别介绍了对应的主要研究方向与目前的研究进展， 并对其进行评述。 最后，指出了关于柔性钙钛矿太阳能电池领域的主要问题与挑战，并对未来进行了展望。 关键词 ： 柔性钙钛矿太阳能电池 ； n-i-p ； p-i-n 中图分类号 ： TM914.4 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1003–6490（2016）09–0106–04
Research Progress of Flexible Perovskite Solar Cells
Guo Jin-shi
Abstract ： perovskite solar cell is in recent years the field of solar cell[]a star，in less than 7 years，its efficiency from 22% to 3.8% increased rapidly.Due to the perovskite material itself can be prepared at low temperature，so it has the characteristics of light weight， flexible， wide applicability， and so on， it has been widely studied.The main research direction and the current research progress of the n-i-p and p-i-n are introduced in this paper.The main research directions and the current research progress are introduced.Finally，it points out the main problems and challenges in the field of flexible perovskite solar cells，and makes a prospect for the future. Key words ： flexible perovskite solar cell ； n-i-p ； p-i-n 钙钛矿太阳能电池是近年来在太阳能电池领域的一个研究 热点 [1]，其最早出现在 2009 年，经过几年的发展，其能量转 化效率从最初的 3.8% 飞速地增长到了 22%，逼近了单晶硅太 阳能电池 25% 的最高转化效率 1。由于具有更低的材料成本和 制备成本， 被视为可能替代硅太阳能电池的新一代太阳能电池。 钙钛矿材料在太阳能电池中有出众的性能表现，与其结 构是密切相关的，其晶体结构如图 1 所示 [2]。应用于太阳能电 池中的有机无机杂化型钙钛矿材料的结构通式为 AMX3，A 为 MA+、FA+ 等有机阳离子，M 为 Pb2+、Sn2+ 等金属阳离子，X 为 I-、Cl- 等卤素阴离子。通过调控 A、M、X 三类离子的不 同组成，能够实现对于材料能级的连续调控，并且可以影响 得到的钙钛矿材料的成膜性和载流子迁移距离。AMX3 型有机 无机杂化型钙钛矿材料具有合适的能带宽度约 1.55eV[3] ；高 吸 光 系 数， 在 550nm 处 的 吸 光 系 数 为 1.5×104cm-1 ；高 载 流 子迁移率达到 10cm2V-1s-1，并且有双重传输特性 ；长载流子 扩 散 长 度， 可 以 达 到 100 ～ 1 000nm ；较 低 的 激 子 结 合 能 10 ～ 50meV，远低于有机太阳能电池（>100meV）[4]。以上 这些特殊的性质，使得钙钛矿材料成为制备太阳能电池的一 种理想材料，并引发了当前的研究热潮。随着钙钛矿太阳能 电池性能的提升，对于它的研究也更加的多样化，比如提高 电池的稳定性，制备半透明太阳能电池，柔性太阳能电池， 纤维状太阳能电池等。
ITO -4.7 h+ PEDOT:PSS
-5.4 -5.47 -5.6 -5.58 h+
图2 （a）典型的n-i-p型器件结构及电池的能级图[9]； （b）典型的p-i-n型器件结构及电池的能级
AMX3 A=MA ，FA
+Leabharlann Baidu+
，在 PET 柔性基底上获得的能量转换效率达到了 6%，经过 近几年的发展，目前柔性钙钛矿电池的最高能量转化效率已 经达到了 16.80%[8]。 柔性钙钛矿电池可分为 n-i-p 和 p-i-n 两种器件结构，其中 n-i-p 结构是指电子传输层 / 钙钛矿层 / 空穴传输层的器件结构， 而 p-i-n 结构是指空穴传输层 / 钙钛矿层 / 电子传输层的器件结 构，如图 2 所示。下面将分别介绍这两类柔性钙钛矿电池器件。
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Gold Spiro-OMeTAD Perovskite ss-IL ITO PET
eV -4.0 -4.5 perovskite
ss-IL
-5.0 -5.5
ITO
Au
(b) e-
-1.8 e-
-3.92 -3.36 CH3NH3PbI3 Ag Bis-C60 C60 CH3NH3PbI3 NiOx ITO h+ CH3NH3PbBr3 NiOx -5.1
第42卷第9期
2016年9月
化工能源
Chemical Energy
化 工 设 计 通 讯
Chemical Engineering Design Communications
柔性钙钛矿太阳能电池的研究进展
郭金实
（哈尔滨市第三中学群力校区，黑龙江哈尔滨 150087）
摘 要 ： 钙钛矿太阳能电池是近年来太阳能电池领域的一颗新星， 在不到 7a 的时间里， 其效率从 3.8% 飞速地提高到了 22%。由于钙钛矿材料本身可以低温制备， 因此具有质量轻、 可弯曲、 适用性广等特点的柔性钙钛矿电池， 受到人们的广泛关注。 现针对柔性钙钛矿电池， 分为 n-i-p 和 p-i-n 两种电池结构， 分别介绍了对应的主要研究方向与目前的研究进展， 并对其进行评述。 最后，指出了关于柔性钙钛矿太阳能电池领域的主要问题与挑战，并对未来进行了展望。 关键词 ： 柔性钙钛矿太阳能电池 ； n-i-p ； p-i-n 中图分类号 ： TM914.4 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1003–6490（2016）09–0106–04
Research Progress of Flexible Perovskite Solar Cells
Guo Jin-shi
Abstract ： perovskite solar cell is in recent years the field of solar cell[]a star，in less than 7 years，its efficiency from 22% to 3.8% increased rapidly.Due to the perovskite material itself can be prepared at low temperature，so it has the characteristics of light weight， flexible， wide applicability， and so on， it has been widely studied.The main research direction and the current research progress of the n-i-p and p-i-n are introduced in this paper.The main research directions and the current research progress are introduced.Finally，it points out the main problems and challenges in the field of flexible perovskite solar cells，and makes a prospect for the future. Key words ： flexible perovskite solar cell ； n-i-p ； p-i-n 钙钛矿太阳能电池是近年来在太阳能电池领域的一个研究 热点 [1]，其最早出现在 2009 年，经过几年的发展，其能量转 化效率从最初的 3.8% 飞速地增长到了 22%，逼近了单晶硅太 阳能电池 25% 的最高转化效率 1。由于具有更低的材料成本和 制备成本， 被视为可能替代硅太阳能电池的新一代太阳能电池。 钙钛矿材料在太阳能电池中有出众的性能表现，与其结 构是密切相关的，其晶体结构如图 1 所示 [2]。应用于太阳能电 池中的有机无机杂化型钙钛矿材料的结构通式为 AMX3，A 为 MA+、FA+ 等有机阳离子，M 为 Pb2+、Sn2+ 等金属阳离子，X 为 I-、Cl- 等卤素阴离子。通过调控 A、M、X 三类离子的不 同组成，能够实现对于材料能级的连续调控，并且可以影响 得到的钙钛矿材料的成膜性和载流子迁移距离。AMX3 型有机 无机杂化型钙钛矿材料具有合适的能带宽度约 1.55eV[3] ；高 吸 光 系 数， 在 550nm 处 的 吸 光 系 数 为 1.5×104cm-1 ；高 载 流 子迁移率达到 10cm2V-1s-1，并且有双重传输特性 ；长载流子 扩 散 长 度， 可 以 达 到 100 ～ 1 000nm ；较 低 的 激 子 结 合 能 10 ～ 50meV，远低于有机太阳能电池（>100meV）[4]。以上 这些特殊的性质，使得钙钛矿材料成为制备太阳能电池的一 种理想材料，并引发了当前的研究热潮。随着钙钛矿太阳能 电池性能的提升，对于它的研究也更加的多样化，比如提高 电池的稳定性，制备半透明太阳能电池，柔性太阳能电池， 纤维状太阳能电池等。
ITO -4.7 h+ PEDOT:PSS
-5.4 -5.47 -5.6 -5.58 h+
图2 （a）典型的n-i-p型器件结构及电池的能级图[9]； （b）典型的p-i-n型器件结构及电池的能级
AMX3 A=MA ，FA
+Leabharlann Baidu+
，在 PET 柔性基底上获得的能量转换效率达到了 6%，经过 近几年的发展，目前柔性钙钛矿电池的最高能量转化效率已 经达到了 16.80%[8]。 柔性钙钛矿电池可分为 n-i-p 和 p-i-n 两种器件结构，其中 n-i-p 结构是指电子传输层 / 钙钛矿层 / 空穴传输层的器件结构， 而 p-i-n 结构是指空穴传输层 / 钙钛矿层 / 电子传输层的器件结 构，如图 2 所示。下面将分别介绍这两类柔性钙钛矿电池器件。