碳材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

材料工程

Journal of Materials Engineering

第47卷 第6期

2019年6月第1 — 10页

Vol. 47 No. 6

Jun. 2019 pp. 1―10

碳材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

Application of carbon materials in perovskite solar cells

应承展，吕秋娟，刘朝辉，毕松,侯根良，汤进

(火箭军工程大学，西安710025)

YING Cheng-zhan , LYU Qiu-juan,LIU Chao-hui , BI Song ，

HOU Gen-liang,TANG Jin

(Rocket Force University of Engineering , Xi ? an 710025 , China )

摘要：钙钛矿太阳能电池具有材料成本低廉、生产工艺简单、光电转换效率高等优点，发展前景十分光明&碳材料因其

价格低廉、高导电性、疏水性和化学稳定性等特点，被应用在钙钛矿太阳能电池的各个组成部分，用于提高电池性能和降 低成本&本文根据应用在钙钛矿太阳能电池中的碳材料的维数进行分类，分别介绍了零维的C '0、碳量子点和石墨烯量

子点，一维的碳纳米管，二维的石墨烯及其衍生物、石墨-和三维的石墨等在钙钛矿太阳能电池中的应用，对于将来实现

钙钛矿太阳能电池的低成本商业化和大规模制造具有重要意义。

关键词：碳材料；钙钛矿太阳能电池；电子传输层；空穴传输层；电极

doi ： 10. 11868/j. issn. 1001-4381. 201& 000224

中图分类号：O649

文献标识码：A 文章编号：1001-4381(2019)06-0001-10

Abstract : Perovskite solar cells have the advantages of low material cost ， simple production process

and high photoelectric conversion efficiency ， and their development prospects are bright. Carbon

materialsareusedinvariouscomponentsofperovskitesolarce l sduetotheirlowcost ， highelectrical conductivity ， hydrophobicityandchemicalstabilitytoimproveba t eryperformanceandreducecosts9

Basedonthedimensionalityofthecarbonmaterialsusedinperovskitesolarce l s ， thezero-dimensional

C 60， carbon quantum dots and graphene quantum dots ， one-dimensional carbon nanotubes ， two- dimensionalgrapheneandtheappli=ationofderivatives ， graphyne ， andthree-dimensionalgraphitein perovskitesolar=e l sweredes=ribedinthispaper ， anditisofgreatimportan=efortherealizationof

low-=ost=ommer=ialization and large-s=ale manufa=turing of perovskite solar=e l s in the future.

Key words : carbon materials ； perovskite solar cell ； electron transport layer ； hole transport layer ； counter

e/ectrode

太阳能电池将太阳能直接转化为电能，可以为人 类社会发展提供取之不尽用之不竭的清洁能源，研发 高效低成本的新型太阳能电池，是人类社会应对能源 危机,解决环境问题，寻求可持续发展的重要对策。

1954年，美国贝尔实验室Pearson 等工研制出第一块

晶体硅太阳能电池，获得4.5%的光电转换效率&自

， 太阳 能电 池 化发展&而在硅电池制造过程中，存在单晶硅提炼过程复杂、耗 能高、环境污染严重等问题*+成本回收周期较长，目

前尚未得到大面积推广使用。近年来，一种基于钙钛

矿材料的太阳能电池吸引了广大学者的眼球+

相

比硅电池,该类电池具有制备过程简单、成本较低、光 电转换效率高等优点&

2009 年，Miyasaka 等6 首次将 CH 3NH 3PbI 3 作

为吸光材料引入染料敏化太阳能电池，成功制造第一 块液态钙钛矿太阳能电池并获得3. 8%的光电转化效

率& 2012年，瑞士联邦工学院的Gratzel 教授课题 组7使用Spiro-MeOTAD 作为空穴传输层，将此类电

池的效率提升至9.7%。自此引发了研究钙钛矿太阳

能电池的热潮&短短6年时间，该类电池的转换效率 迅速提升*11+。截止到目前，美国可再生能源国家实

验室认证公布，钙钛矿太阳能电池最高转换效率达到 了 22.1%*12。如此迅速的发展速度是太阳能电池发

展历史上前所未有的，展现了钙钛矿太阳能电池光明 的发展前景&

钙钛矿材料具有高消光系数［13］、直接带隙和较

长的载流子扩散距离4等优异的性质&在一般结构的

钙钛矿太阳能电池中，由钙钛矿材料吸收太阳光产生 激子，通过电子传输层和空穴传输层将电子和空穴分

离，分别到达透明电极和金属对电极，最后通过外电路