钙钛矿太阳能电池的应用研究

吸收层的制备
一步溶液法
两步连续 沉积法
CH3NH3PbI3 制备方法
两步旋涂 溶液法 气相法，气相 辅助沉积法
吸收层的制备
制备CH3NH3PbI3材料前 驱体溶液。 将前驱溶液旋转涂覆在 TiO2表面再进行热退火.
图10
一步溶液法
优点：制备工艺简单 缺点：难以控制结晶过程,影响PSC的光伏性能 改进措施：前驱溶液中添加 NH4Cl,CH3NH3Cl
图1 钙钛矿太阳能电池
图2 几种薄膜太阳能电池光电转换效率近 20年来的提升情况
3
[1]邓林龙,谢素原,黄荣彬,郑兰荪. 钙钛矿太阳能电池材料和器件的研究进展[J]. 厦门大学学报(自然科学 版),2015,05:619-629.
背景介绍
钙钛矿结构：钙钛矿为ABX3结构，一 般为立方体或八面体结构。 A为一种大的阳离子 B为小的金属阳离子 X为卤素阴离子 Hale Waihona Puke Baidu势：
图14 两步旋涂溶液法
1、通过溶液法制备PbI2层
2、再放入到CH3NH3I蒸汽环境中形成 CH3NH3PbI3
[1]吴亚美,杨瑞霞,田汉民,王如,花中秋,陈帅. 钙钛矿太阳 电池吸收层制备工艺[J]. 半导体技术,2015,10:730-
图16
气相辅助蒸发法
吸收层的制备
图17 溶液法钙钛矿层
图18 气相蒸发法钙钛矿层
工作原理
PSC具有P-I-N结构,钙钛矿作为光吸收层(I本征层）夹在电子传输层TiO2 （N型）和HTM（P型）之间。
图9
钙钛矿太阳能电池工作原理
[1]赵雨,李惠,关雷雷,吴嘉达,许宁. 钙钛矿太阳能电池技术发展历史与现状[J]. 材料导报,2015,11:17-21+29 [1]杨林,左智翔,于凤琴,纪三郝,王天华,王鸣魁. 钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 化工技术与开发,2015,09:40-45
[1]邵景珍,董伟伟,邓赞红,陶汝华,方晓东. 基于有机金属卤化物钙钛矿材料的全固态太阳能电池 研究进展[J]. 功能材料,2014,24:24008-24013
存在的问题及展望
• 制备技术
产业化推进
问 题
理论研究
寻找合适替 代材料
存在的问题及展望
2、产业化推进:
1、制备技术：PSC与氧气发生化学反
图6
钙钛矿太阳能电池效率发展图
[1]张玮皓,彭晓晨,冯晓东. 钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 电子元件与材料,2014,08:7-11.
工作原理
图7 钙钛矿太阳能电池结构
图8 电子传输材料（左）吸光材料（中）空穴传输 材料（右）能级示意图
[1]邓林龙,谢素原,黄荣彬,郑兰荪. 钙钛矿太阳能电池材料和器件的研究进展[J]. 厦门大学学报(自然科学 版),2015,05:619-629.
多孔支架层
图12 多孔钙钛矿太阳能电池 图13 平面钙钛矿太阳能电池
[1]吴亚美,杨瑞霞,田汉民,王如,花中秋,陈帅. 钙钛矿太阳电池吸收层制备工艺[J]. 半导体技术,2015,10:730738+782.
吸收层的制备
将PbI2溶液旋 涂在TiO2层上 干燥后将 CH3NH3I溶液旋涂 在PbI2/TiO2复 合层上，再热退 火.形成 CH3NH3PbI3。 图15 气相蒸发法
钙钛矿太阳能电池
汇报人：黄蕾 宫文婧 张庆 制作人： 吴慧 蓝小玲 刘敏 张依依
1
背景介绍
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目录
CONTENTS
发展历程 工作原理与制备
3
4
存在的问题及展望
2
背景介绍
传统的硅太阳能电池成本高、生产工艺复杂，环境污染，因此，开发高光 电转换效率、低成本的新型太阳能电池成为人们关注的重点。近年来，一种以 金属有机卤化物作吸光材料的钙钛矿太阳能电池由于其高光电转换效率、低成 本而成为光伏领域研究的热点之一。
[1]吴亚美,杨瑞霞,田汉民,王如,花中秋,陈帅. 钙钛矿太阳电池吸收层制备工艺[J]. 半导体技术,2015,10:730738+782.
吸收层的制备
将PbI2溶液沉积在TiO2 层 上干燥。 将TiO2/PbI2复合薄膜浸 入到CH3NH3I溶液中反应 后干燥。
图11
两步连续沉积法
1、防止工作电极和背电 极接触所导致的短路电流 2、其孔隙 ( 直径约为 20nm) 能够将PbI2晶粒尺 寸限制
应破坏晶体结构,并产生水蒸气,溶解 钙钛矿，钙钛矿中的铅可能会滤出, 对屋顶和土壤造成一定的污染. （1）制备面积：微小 （2）空穴传输层造价昂 贵开发研究包括石墨烯 等载流子迁移率高且制 备工艺简单、造价低的 无机空穴传输层是今后 的主要工作. （3）提高器件稳定性与 寿命
1839年，光生伏特效 应第一次由法国物理学 家发现。
2009 年，钙钛矿太阳能电 池首次被提出,由Miyasaka 制备，其光电转换效率为 3.8%
第一个半导体太阳能电池在 1954年诞生在贝尔实验室。太 阳电池技术的时代终于到来
[1]关丽,李明军,李旭,韦志仁,滕枫. 有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 科学通 报,2015,07:581-592. [1]魏静,赵清,李恒,施成龙,田建军,曹国忠,俞大鹏. 钙钛矿太阳能电池：光伏领域的新希望[J]. 5中 国科学：技术科学,2014,08:619-629.
发展历程 2
2011 年, 通过修饰TiO2衬底表面， 将钙钛矿敏化 电池的效率提高到了 6.5%.
2012 年 ，利用固态空穴传输材料替代液态电解质 ，取得 了 9.7%的光电转换效率。
[1]魏静,赵清,李恒,施成龙,田建军,曹国忠,俞大鹏. 钙钛矿太阳能电池:光伏领域的新希望[J]. 中国科学:技术科学,2014,08:801-821.
图4 钙钛矿的晶胞模型
消光系数高 带隙宽度合适 优良的双极性载流子输运性质 低成本温和条件制备、结构简单
图5 钙钛矿的立方晶体结构
[1]魏静,赵清,李恒,施成龙,田建军,曹国忠,俞大鹏. 钙钛矿太阳能电池：光伏领域的新希望[J]. 中国科学： 技术科学,2014,08:619-629.
4
发展历程 1
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发展历程 3
2013 年，通过共蒸法和溶液法制备了钙钛矿吸收层，光电转换效率分别达15.4% 和12.2%。 2013 年 11 月，结合低温工艺，在玻璃和 PET 衬底上制备出了光电转换效率高达 15.7%和 10% 的平面结构钙钛矿太阳能电池。 2014年，我国研究者为了改善界面的电子传输性，在中间加入一层有机半导体， 电池效率由5.26%提升到6.26%。