高效平面异质结气相沉积钙钛矿太阳能电池
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气相沉积的特点、应用：
1、气相沉积较之固溶处理的一个明显优 势是它可以大面积制备多层次薄膜。气相 沉积是玻璃、液晶显示、薄膜太阳能电池 等行业中一项较成熟的技术。 2、气相沉积可以实现在有一定渗入程度 的复合层界面处电子接触的全面优化，这 已经在“薄本征层”异质结晶体硅太阳能 电池和薄膜太阳能电池中实现。 3、具有气相沉积制备的超薄复合层的有 机发光二极管已经得到了很好的商业应用。
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SEM高倍下气相沉积c和固溶处理d钙钛矿薄膜横截面图 及晶体尺寸
气相沉积钙钛矿薄膜（c）是均匀的，尽管与之相比晶粒稍大，但 在外观上和FTO层相似。固溶处理的钙钛矿薄膜在SEM照片中显得 非常平滑，这是因为其晶粒尺寸比视野要大。
Baidu Nhomakorabea
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SEM低倍下气相沉积e和固溶处理f钙钛矿薄膜横截面图及晶体尺寸 e中的气相沉积薄膜仍保持平滑，薄膜平均厚度接近330nm。相反的是，f中固 溶处理薄膜有起伏特点，其厚度值在50到410nm之间变化。值得注意的是，其 横断面仍然属于一个片层，因而在钙钛矿吸收层完全缺失处产生了更大的长程 粗糙度。 10/16
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在表1中显示了这些最佳电池的性能参数和一批12件经过相 同方法制得的最佳气相沉积钙钛矿太阳能电池的参数均值及 标准差。
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结论探讨：
1、双源气相沉积使得钙钛矿薄膜层在一定长程范围内很均匀，因 此大大提高了太阳能电池的性能。 2、通过气相沉积的钙钛矿作为夹层的简单的平面异质结太阳能电 池可以获得超过15%的光电转换率（在模拟充足光照的条件下测 量）。这证明了钙钛矿吸收层能够在简易元器件中以高效率工作， 而无需复杂的纳米结构。 3、在优化平面异质结钙钛矿太阳能电池时，钙钛矿薄膜厚度是一 个重要的参数。如果薄膜太薄，那片区域就不能吸收足够多的阳 光。如果薄膜太厚，会有很大几率电子和空穴扩散距离会比薄膜 厚度小，电荷将会不能在p型和n型异质结处聚集。 4、固溶处理薄膜某些区域材料的完全缺失会造成p型spiroOMeTAD 和 TiO2紧实层的直接接触。这会导致形成并联回路，这 可能是固溶处理平面异质结元器件低填充系数和开路电压的原因。 如此不均匀和不平滑固溶处理薄膜转换效率能达到8%是很不寻常 的。
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Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition 高效平面异质结气相沉积钙钛矿 太阳能电池
文献背景：
目前世界上已发展了多种大型太阳能转换光 电技术。第一代晶体基光电转换设备而发展 的是靠异质结产生电荷并在空间分布相中传 输正负电荷的太阳能电池，其具有夹在两电 极板中间的薄膜固态半导体吸收层和纳米结 构。尽管在纳米结构元器件中使用了很多种 材料，但仍未获得高效的薄膜太阳能电池。 而金属卤化物钙钛矿显示出了作为制备此种 高效纳米结构元器件材料的潜力。
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作者前期研究：
在染料敏化太阳能电池，作者发现若将介孔材料 TiO2 替换成Al2O3，在称为微超结构太阳能电池中可以产生大 于1.1V的开路电压，并显著提高其效率。进一步去除热烧 结形成的介孔材料Al2O3层，优化处理过程，可以将微超 结构太阳能电池效率提高到12%。另外，CH3NH3PbI3 xClx 可以在固溶处理平面异质结太阳能元器件中作为薄膜 吸收层发挥相当高效的作用，它在不含微超结构时产生5% 的效率。 先前的这些工作都证明了钙钛矿吸收层是可以在简易 平面结构中起作用的，与此同时就产生了高效率是否必须 要具备微超结构，薄膜平面异质结是否能发展成为一种卓 越科技的问题。 3/16
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实验研究：
作者使用双源气相沉积技术，制作混合 金属卤化物钙钛矿和CH3NH3PbI3 - xClx的均匀 平面薄膜。
材料的沉积系统如图a：
沉积钙钛矿吸收层的双源热蒸发系统；有机源是碘甲烷，无机源是PbCl2
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从底部（光入射处）往 上看，该元器件的结构为氟 掺杂氧化锡FTO覆盖在玻璃 上，接着其上面覆盖n型 TiO2紧实层作为电极板，再 然后钙钛矿层覆于n型紧实 层上方，再接着沉积的是能 够保证空穴在阴极处聚集的 p型穿孔导体， (spiroOMeTAD)。 考虑到此研究的目的是 为了理解和优化气相沉积钙 钛吸收层的性质，紧实层 TiO2和spiro-OMeTAD 空穴 传输材料都需进行固溶处理。
固溶处理钙钛矿薄膜X衍射谱（蓝色）和气相沉积钙钛 矿薄膜（红色）。平移底线是为了方便对比，强度已经 作归一化处理。
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显示的是晶体结构的 示意图。 CH3NH3PbI3和混合 金属卤化物钙钛矿的 主要区别体现在c轴 的轻微收缩。这和混 合金属卤化物钙中cl 原子位于顶部，并在 PbI4面之外是一致的， 而不是先前理论上预 测的位于赤道八面体 处。
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文献展望：
1、尽管研究和发展水平不高，由于气相沉积可以精确调节电荷聚集界 面并且更容易实现多结架构，小分子有机太阳能光电板已经能与固溶处 理有机太阳能光电板有力竞争。 2、由于钙钛矿层的气相沉积技术可以和传统硅晶片基和薄膜太阳能电 池的处理方法较好结合，相关机构可能已经做好加强此技术应用的准备。 3、钙钛矿吸收层可能成为了高效率太阳能电池中的通用材料。 4、气相沉积技术是会成为生成制造的首选路线，还是仅仅代表了制造 超均匀薄膜的基础方法（最终要配以固溶处理）这些问题还有待验证。 5、光电行业的一个主要目标是要发现一种宽能隙高效率“上层电池”， 才能够进一步提高晶体硅和已存的二代薄膜太阳能电池的性能。钙钛矿 技术现在已经能和一代及二代太阳能电池技术相结合，因而有望被传统 光电集团和行业所接受。因此，它可能会快速挺进公用发电行业。
含有ABX3形式的钙钛矿吸收层的晶格结构，其中A是甲基， B是Pb，X是I或Cl
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薄膜局部解剖：由气相沉积和固溶处理的器件的剖面结构之间的比较
SEM俯视图：气相沉积钙钛矿薄膜（a）和固溶处理钙钛矿薄膜（b）
突出的两个沉积工艺生产的薄膜形貌之间的巨大差异。气相淀积的薄膜 是非常均匀的，显示出在几百纳米长度尺度的结晶特性。 与此相反，固溶处理的膜出现仅涂覆在衬底部分显出几十微米的长度尺 度的结晶“片晶”。在固溶处理后薄膜的晶体之间的空隙会直接延伸至 紧凑的TiO2被覆的FTO膜的玻璃。
平面异质结p-i-n钙钛矿太阳能电池的结构示意图
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图b对比了气相沉积或固溶处理于 TiO2紧实层上的钙钛矿薄膜的x射 线衍射图样。主衍射峰，分别为 14.12˚, 28.44˚和43.23˚对应的110, 220 和 330 峰，固溶处理和气相 沉积薄膜的衍射峰位置相同，说 明了两种技术产生了相同的具有 斜方晶系的混合金属卤化物钙钛 矿。值得注意的是，仔细观察在 14.12˚处的（110）衍射峰区域， 在12.65˚仅仅存在着一个非常微小 的峰值（即PbI2的(001）衍射 峰），在15.68˚（CH3NH3PbCl3 的（110）衍射峰)不存在可测的 峰值，这说明了相的纯度很高。
最高效气相沉积钙钛 矿元器件具有 21.5mAcm-2短路电流， 1.07V的开路电压和 0.68的填充系数，效 率可以达到15.4%。 同批次最佳固溶处理 平面异质结钙钛矿太 阳能电池能够产生 17.6mAcm-2短路电流， 0.84 V 的开路电压和 0.58的填充系数，效 率达到8.6%。
太阳能电池性能。在模拟AM1.5光照强度101 mWcm（实线）和黑暗条件下（虚线）最佳固溶 处理（蓝色，三角）和气相沉积（红色，圆圈）平面异质结钙钛矿太阳能电池电流密度/电压 曲线。
气相沉积的特点、应用：
1、气相沉积较之固溶处理的一个明显优 势是它可以大面积制备多层次薄膜。气相 沉积是玻璃、液晶显示、薄膜太阳能电池 等行业中一项较成熟的技术。 2、气相沉积可以实现在有一定渗入程度 的复合层界面处电子接触的全面优化，这 已经在“薄本征层”异质结晶体硅太阳能 电池和薄膜太阳能电池中实现。 3、具有气相沉积制备的超薄复合层的有 机发光二极管已经得到了很好的商业应用。
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SEM高倍下气相沉积c和固溶处理d钙钛矿薄膜横截面图 及晶体尺寸
气相沉积钙钛矿薄膜（c）是均匀的，尽管与之相比晶粒稍大，但 在外观上和FTO层相似。固溶处理的钙钛矿薄膜在SEM照片中显得 非常平滑，这是因为其晶粒尺寸比视野要大。
Baidu Nhomakorabea
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SEM低倍下气相沉积e和固溶处理f钙钛矿薄膜横截面图及晶体尺寸 e中的气相沉积薄膜仍保持平滑，薄膜平均厚度接近330nm。相反的是，f中固 溶处理薄膜有起伏特点，其厚度值在50到410nm之间变化。值得注意的是，其 横断面仍然属于一个片层，因而在钙钛矿吸收层完全缺失处产生了更大的长程 粗糙度。 10/16
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在表1中显示了这些最佳电池的性能参数和一批12件经过相 同方法制得的最佳气相沉积钙钛矿太阳能电池的参数均值及 标准差。
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结论探讨：
1、双源气相沉积使得钙钛矿薄膜层在一定长程范围内很均匀，因 此大大提高了太阳能电池的性能。 2、通过气相沉积的钙钛矿作为夹层的简单的平面异质结太阳能电 池可以获得超过15%的光电转换率（在模拟充足光照的条件下测 量）。这证明了钙钛矿吸收层能够在简易元器件中以高效率工作， 而无需复杂的纳米结构。 3、在优化平面异质结钙钛矿太阳能电池时，钙钛矿薄膜厚度是一 个重要的参数。如果薄膜太薄，那片区域就不能吸收足够多的阳 光。如果薄膜太厚，会有很大几率电子和空穴扩散距离会比薄膜 厚度小，电荷将会不能在p型和n型异质结处聚集。 4、固溶处理薄膜某些区域材料的完全缺失会造成p型spiroOMeTAD 和 TiO2紧实层的直接接触。这会导致形成并联回路，这 可能是固溶处理平面异质结元器件低填充系数和开路电压的原因。 如此不均匀和不平滑固溶处理薄膜转换效率能达到8%是很不寻常 的。
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Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition 高效平面异质结气相沉积钙钛矿 太阳能电池
文献背景：
目前世界上已发展了多种大型太阳能转换光 电技术。第一代晶体基光电转换设备而发展 的是靠异质结产生电荷并在空间分布相中传 输正负电荷的太阳能电池，其具有夹在两电 极板中间的薄膜固态半导体吸收层和纳米结 构。尽管在纳米结构元器件中使用了很多种 材料，但仍未获得高效的薄膜太阳能电池。 而金属卤化物钙钛矿显示出了作为制备此种 高效纳米结构元器件材料的潜力。
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作者前期研究：
在染料敏化太阳能电池，作者发现若将介孔材料 TiO2 替换成Al2O3，在称为微超结构太阳能电池中可以产生大 于1.1V的开路电压，并显著提高其效率。进一步去除热烧 结形成的介孔材料Al2O3层，优化处理过程，可以将微超 结构太阳能电池效率提高到12%。另外，CH3NH3PbI3 xClx 可以在固溶处理平面异质结太阳能元器件中作为薄膜 吸收层发挥相当高效的作用，它在不含微超结构时产生5% 的效率。 先前的这些工作都证明了钙钛矿吸收层是可以在简易 平面结构中起作用的，与此同时就产生了高效率是否必须 要具备微超结构，薄膜平面异质结是否能发展成为一种卓 越科技的问题。 3/16
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实验研究：
作者使用双源气相沉积技术，制作混合 金属卤化物钙钛矿和CH3NH3PbI3 - xClx的均匀 平面薄膜。
材料的沉积系统如图a：
沉积钙钛矿吸收层的双源热蒸发系统；有机源是碘甲烷，无机源是PbCl2
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从底部（光入射处）往 上看，该元器件的结构为氟 掺杂氧化锡FTO覆盖在玻璃 上，接着其上面覆盖n型 TiO2紧实层作为电极板，再 然后钙钛矿层覆于n型紧实 层上方，再接着沉积的是能 够保证空穴在阴极处聚集的 p型穿孔导体， (spiroOMeTAD)。 考虑到此研究的目的是 为了理解和优化气相沉积钙 钛吸收层的性质，紧实层 TiO2和spiro-OMeTAD 空穴 传输材料都需进行固溶处理。
固溶处理钙钛矿薄膜X衍射谱（蓝色）和气相沉积钙钛 矿薄膜（红色）。平移底线是为了方便对比，强度已经 作归一化处理。
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显示的是晶体结构的 示意图。 CH3NH3PbI3和混合 金属卤化物钙钛矿的 主要区别体现在c轴 的轻微收缩。这和混 合金属卤化物钙中cl 原子位于顶部，并在 PbI4面之外是一致的， 而不是先前理论上预 测的位于赤道八面体 处。
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文献展望：
1、尽管研究和发展水平不高，由于气相沉积可以精确调节电荷聚集界 面并且更容易实现多结架构，小分子有机太阳能光电板已经能与固溶处 理有机太阳能光电板有力竞争。 2、由于钙钛矿层的气相沉积技术可以和传统硅晶片基和薄膜太阳能电 池的处理方法较好结合，相关机构可能已经做好加强此技术应用的准备。 3、钙钛矿吸收层可能成为了高效率太阳能电池中的通用材料。 4、气相沉积技术是会成为生成制造的首选路线，还是仅仅代表了制造 超均匀薄膜的基础方法（最终要配以固溶处理）这些问题还有待验证。 5、光电行业的一个主要目标是要发现一种宽能隙高效率“上层电池”， 才能够进一步提高晶体硅和已存的二代薄膜太阳能电池的性能。钙钛矿 技术现在已经能和一代及二代太阳能电池技术相结合，因而有望被传统 光电集团和行业所接受。因此，它可能会快速挺进公用发电行业。
含有ABX3形式的钙钛矿吸收层的晶格结构，其中A是甲基， B是Pb，X是I或Cl
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薄膜局部解剖：由气相沉积和固溶处理的器件的剖面结构之间的比较
SEM俯视图：气相沉积钙钛矿薄膜（a）和固溶处理钙钛矿薄膜（b）
突出的两个沉积工艺生产的薄膜形貌之间的巨大差异。气相淀积的薄膜 是非常均匀的，显示出在几百纳米长度尺度的结晶特性。 与此相反，固溶处理的膜出现仅涂覆在衬底部分显出几十微米的长度尺 度的结晶“片晶”。在固溶处理后薄膜的晶体之间的空隙会直接延伸至 紧凑的TiO2被覆的FTO膜的玻璃。
平面异质结p-i-n钙钛矿太阳能电池的结构示意图
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图b对比了气相沉积或固溶处理于 TiO2紧实层上的钙钛矿薄膜的x射 线衍射图样。主衍射峰，分别为 14.12˚, 28.44˚和43.23˚对应的110, 220 和 330 峰，固溶处理和气相 沉积薄膜的衍射峰位置相同，说 明了两种技术产生了相同的具有 斜方晶系的混合金属卤化物钙钛 矿。值得注意的是，仔细观察在 14.12˚处的（110）衍射峰区域， 在12.65˚仅仅存在着一个非常微小 的峰值（即PbI2的(001）衍射 峰），在15.68˚（CH3NH3PbCl3 的（110）衍射峰)不存在可测的 峰值，这说明了相的纯度很高。
最高效气相沉积钙钛 矿元器件具有 21.5mAcm-2短路电流， 1.07V的开路电压和 0.68的填充系数，效 率可以达到15.4%。 同批次最佳固溶处理 平面异质结钙钛矿太 阳能电池能够产生 17.6mAcm-2短路电流， 0.84 V 的开路电压和 0.58的填充系数，效 率达到8.6%。
太阳能电池性能。在模拟AM1.5光照强度101 mWcm（实线）和黑暗条件下（虚线）最佳固溶 处理（蓝色，三角）和气相沉积（红色，圆圈）平面异质结钙钛矿太阳能电池电流密度/电压 曲线。