新能源——钙钛矿太阳能电池简介.docx

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1、新能源一一钙钛矿太阳能电池简介钙钛矿型太阳能电池(per。VSkiteso1.arce1.1.s),是利用钙钛M型的有机金1.内化物丁体作为吸光材料的太阳能电池，M于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池.引言太阳能电池是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汽，1839年.法国物理学家BeCqUere1.发现了光生伏特效应，1876年，英国科学家AdamS等人发现.当太阳光照射硒半导体时，会产生电流.这种光电效应太阳能电池的工作区理是，当太阳光照在半导体p-n希区上,会激发形成空穴电子对(激F)在p-n结电场的作用下.澈子首先被分离成为电子与空穴并分别向阴极和阳极输运.光生空

2、穴流向P区.光生电子流向n区，接通电路就形成电流，FrrttS在1883年制备成功第一块硒上耀薄金的半导体/金属结太阳能电池，具效率仅约1%.1954年美国贝尔实验室的Pearson.FUHer和Chapin等人研制出了笫一块晶体硅太阳能电池,获得4.5%的酒换效率，开启了利用太阳能发电的新纪元。此后,太阳能技术发展大致经历了三个阶段:第一代太阳型电池主要指单晶硅和多晶硅太阳能电池，其在实验室的光电转换效率已经分别达到25%和20.4%;第二代太阳能电池主要包括龙晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜H1.池.第:代太阳能电池主要指具有高转换效率的一些新概念电池，如染料敬化电池、盘子点电池以及行机太阳能电池

3、等.钙钛矿太阳电池结构晶体结构竹钛Ir晶体为ABX3结构,一般为立方体或人面体结构。在将钛矿晶体中,A禹子位于立方品胞的中心,被12个X离子包用成配位立方八面体，配位.数为12：B离子位于立方晶胞的角脸被6个X离干过M戌配仅八面体,配位数为6,如图所示,其中,A离子和X离子半径相近,共同构成立方密堆积。钙筑犷太阳电池中，A离子通常指的是有机阳面于，最格.用的为CH3NH3(RA=0.1811m),其他诸如NH2CH=NH2(RA=0.23nm).CH3CH2NH3(RA=0.19-0.22nm)也有一定的应用.B离子指的是金属阳离子,主要有Pb2(RB=0.119nmMSn2(RB=0.110

4、nm)X离子为卤族阴离子，即I(RX=O.22Onm)、CI(RX=0.181nm)和Br(RX=0.196nm).电池结构介绍介孔结构的眄钛斤太阳电池为:FTO导电破瑞、Ti02致密层、TiO2介孔层、钙钛矿层、HTM层、金属电极.在此基础上，Snaith等把多孔支架层n型半导体Tio2换成绝缘材料AI2O3,形成种介观超结构的异质结型太阳电池。更诳一步地,去掉绝缘的支架层，制的出具有类似于pRn结构平面型异质结电池.GratZe1.等还在介孔结构基础上将HTM层直接去抻，形成CH3NH3Pb1.3/Tio2异质综制品出一种无HTM层豺构.此外,Ma1.inkiewicz等人把钙钛矿材料作为

5、吸光层用Hf机太阳能电池的结构中、钙钛矿太阳能电池工作原理在接受太阳光照射时.钙钛矿层首先吸收光子产生电子空穴对.由于钙枕材澈子束缚他的差异.这些栽流子或者成为自由载流于.或者形成激子而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子女合几率和较高的栽流干迁移率,所以我液子的犷敢跑离和寿命较长.然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从沔钛矿层传输到等电子传帖层，最后被FTo收柒;空穴从沔钛矿层传输到空穴传输层最后被金属电极收集当然这些过程中总不弟伴随著一些使强流子的摘失.如电子传输层的电子与朽纨矿层空穴的可逆女合电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的发合（钙钛矿层不致密的

6、情况）、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的凝合.要提高电池的熔体性能，这拄我流子的投失应谖降到最低.最后,通过连接FTO和金国电极的电路而产生光电流.面临问题及发展趋势钙钛矿太阳电池发展现状良好，但仍有若干关键因素可能制约钙钛矿太阳电池的发展：1、电池的稳定性问时。2,吸收层中含有可溶性重金属Pb3、现今钙钛f应用最广的为旋泳法，但是解涂法难于沉积大面枳、连续的钙钛矿薄膜，故还锵对其他方法进行改进，以期能制备高效的大面积朽钛犷太阳电池，便于以后的商业化生产.4,钙钛矿太阳电池的理论研究还:行特增强，中国科学家钙钛矿太阳能电池量产进展的钛矿作为一种人工合成材料，在2009年首次被浅试应用于光伏发电领域后,因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大,从此大放异彩.近年，全球顶尖科研机构和大型静国公司，如牛津大学墙士洛桑联邦理工学院日本松下、夏普、东芝等都投入了大瑙人力物力，力争早日实现埴产*2017年2月,纤纳光电以15.2%的转换效率,首次打破此前长期由日本保持的一钛矿小组件的世界效率纪录.此后,分别在当年5月和12月，以16%和17.4%的转换效率实现了一年三破世界纪录的佳纳.这一次，他们又将钙钛犷小批件於换效率提升至17.9%,税态输出效率达17.3%,该结果再次证明了中国科学家在钙钛矿领域的技术领先优势，郑福长