钙钛矿太阳能电池制备时使用的PbI2

华南师范大学材料所赵灵智老师结课论文2016-1-20

钙钛矿太阳能电池的原理及其制备

戚明月 2015021316

摘要：本文简要回顾了钙钛矿太阳能电池的发展历史,表明了钙钛矿太阳能电池在本质上是固态染料敏化太阳能电池。从电池的光生电机理、各层材料及其作用和电池结构等角度介绍了钙钛矿太阳能电池。以此为基础，成功制备了一批钙钛矿太阳能电池并简单的检测了其伏安曲线，以此分析判断制备工艺的不同对其的影响。最后指出了钙钛矿太阳能电池大规模市场应用在制造技术上的瓶颈以及可能的解决方法。 关键词：钙钛矿太阳能电池；制备；性能

1引言

众所周知，能源问题材料科技发展的一大动力，太阳能电池作为清洁的能源从上世纪50年代就一直是科研的热点——怎么提高光电转化效率，如何降低成本市场化等等。至今太阳能电池已发展到第四代，他们分别是第一代晶体硅太阳能电池、第二代化合物薄膜太阳能电池、第三代聚合物太阳能电池和第四代光敏化太阳能电池，而本文重点介绍的钙钛矿太阳能电池实质上是固态染料敏化太阳能电池。其中硅基太阳能电池研究最早，技术也最为成熟，分为单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池，虽然占据了太阳能绝大部分的市场，但由于不是效率不高、不稳定，就是成本太高，制备污染大等原因，

1. 引言

面对日益紧张的能源和环境危机，对新能源、可再生能源的需求日趋迫切，如何更有效、更低成本地利用取之不尽用之不竭的太阳能一直备受关注。然而传统的硅太阳能电池由于成本高、硅提纯过程对环境污染大等问题， 使其大规模应用受到一定限制。因此，寻找低成本、环境友好的新型太阳能电池成为普遍关注的重点。

钙钛矿太阳电池是由染料敏化电池演化而来.CH 3NH 3PbX 3 材料吸收系数高达 10 5; 通过调节钙钛矿材料的组成, 可改变其带隙 [2 ] 和电池的颜色,制备彩色电池 [3 ] . 另外, 钙钛矿太阳电池还具有成本低, 制备工艺简单, 以及可制备柔性 [4 ]、透明 [5 ]及叠层电池 [6 ] 等一系列优点, 而且其独特的缺陷特性 [7 ,8] , 使钙钛矿晶体材料既可呈现 n 型半导体的性质, 也可呈现 p 型半导体的性质, 故而其应用更加多样化. 而且 CH3NH3PbX3 具有廉价、可溶液制备的特点, 便于采用不需要真空条件的卷对卷技术制备, 这为钙钛矿太阳电池的大规模、低成本制造提供可能.

2009 年, 日本人 Kojima 等[1] 首次将有机、无机杂化的钙钛矿材料应用到量子点敏化太阳电池中,制备出第一块钙钛矿太阳电池, 并

背景

在能源紧缺的现代社会，为了维持人类的可持续发展，科学家们一直致力于新能源的研究，其中至少在几十亿年内都取之不尽的太阳能便成了热门的研究对象。

太阳能电池大家都不陌生，它通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能。钙钛矿材料我们也很熟悉，就是一类有着与钛酸钙（CaTiO3）相同晶体结构的材料，其结构式一般为ABX3，其中A和B是两种阳离子，X是阴离子。

但钙钛矿太阳能电池却是一个比较新的概念。

2009年日本桐荫横滨大学的宫坂力教授将碘化铅甲胺和溴化铅甲胺应用于染料敏化太阳能电池，获得了最高3.8%的光电转化效率，此为钙钛矿光伏技术的起点

但它直到2014年左右才被人们重视起来。是因为在短短几年间其效率一直在显著提升，这是NREL上实验室最高电池效率的图，我们可以看出钙钛矿材料的效率上升速率远远超过了其他同类型材料。钙钛矿材料被认为是最有可能取代硅晶材料作为太阳能电池的材料

概述

钙钛矿太阳电池一般采用有机无机混合结晶材料——如有机金属三卤化物CH3NH3PbX3（X=Cl, Br, I）作为光吸收材料。该材料具有合适的能带结构，其禁带宽度为1.5eV，因与太阳光谱匹配而具有良好的光吸收性能，很薄的厚度就能够吸收几乎全部的可见光并用于

钙钛矿太阳能电池的光物理

摘要

溶液制备法制备的有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池，是光伏领域的一种新型太阳能电池新型材料，其光电转换效率已经超过17%，并且在该领域产生了巨大影响。这篇文章中，在这类新的光伏材料中，关于载流子动力学和电荷转移机制中的光物理和新的发现，进行了检验和提炼。一些开放性物理问题也将被讨论。

关键词：甲基氨碘化铅，钙钛矿型太阳能电池，光物理，瞬态吸收光谱，电荷动力学，电荷转移机制 1.引言

有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池（或简单的钙钛矿型太阳能电池）是在低成本光电池的研究中的最主要的突破。在这大约5年的期间里，这些溶液加工制备的太阳能电池成为第三代太阳能电池的先驱，比如有机太阳能电池，染料敏化太阳能电池，量子点太阳能电池。尽管，在最近举行的材料研究学会2014春季会议报告中声称，电池的转化效率已经达到了19.3%，但是到目前为止，能够证明确定的记录是17.9%，而在2009年，这个记录只有3.8%。相比较而言，染料敏化太阳能电池需要二十多年的研究才超过10%的转化效率。尽管在器件性能的显著增加，但钙钛矿型太阳能电池中的光物理机制仍然是不明确的。在本文中，我将首先简要地回顾了

浅谈钙钛矿太阳能电池技术与进展

全华锋 BY619102

摘要：基于钙钛矿材料(CH3NH3PbI)制备的太阳能电池的效率由2009年的3.8%增长到了目前的20.2%，因为其较高的光吸收系数，较低的成本以及易于制备等优势引起了广泛的关注。钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层，还可以作为电子传输层(ETM)和空穴传输层(HTM)，由此可以制备不同结构的钙钛矿太阳电池：介孔结构、介观超结构、平面结构和有机结构等。除此之外，钙钛矿材料的制备方法的多样性也使其更具吸引力，目前已有一步溶液法、两步连续沉积法、双源共蒸发法和溶液—气相沉积法。本文主要介绍钙钛矿太阳电池的发展历程、工作原理、薄膜的制备方法以及各层的作用，最后对钙钛矿太阳电池面临的问题和发展前景进行介绍。

关键词：钙钛矿材料；太阳电池；光吸收层

1. 钙钛矿太阳电池的发展历程

随着人类社会的不断发展与进步，由工业发展带来的能源和环境问题日益明显，化石燃料（石油、煤炭、天然气等）的有限储量及其燃烧带来的全球变暖问题使人们不得不去寻找和开发环保且可再生的新型能源。太阳能来源丰富，取之不尽，用之不竭，而且太阳能绿色环保无污染，是未来有希望获得大规模应用的新能源之一，受到国际社会的广泛关注与研究。将太阳

浅谈钙钛矿太阳能电池技术与进展

全华锋 BY619102

摘要：基于钙钛矿材料(CH3NH3PbI)制备的太阳能电池的效率由2009年的3.8%增长到了目前的20.2%，因为其较高的光吸收系数，较低的成本以及易于制备等优势引起了广泛的关注。钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层，还可以作为电子传输层(ETM)和空穴传输层(HTM)，由此可以制备不同结构的钙钛矿太阳电池：介孔结构、介观超结构、平面结构和有机结构等。除此之外，钙钛矿材料的制备方法的多样性也使其更具吸引力，目前已有一步溶液法、两步连续沉积法、双源共蒸发法和溶液—气相沉积法。本文主要介绍钙钛矿太阳电池的发展历程、工作原理、薄膜的制备方法以及各层的作用，最后对钙钛矿太阳电池面临的问题和发展前景进行介绍。

关键词：钙钛矿材料；太阳电池；光吸收层

1. 钙钛矿太阳电池的发展历程

随着人类社会的不断发展与进步，由工业发展带来的能源和环境问题日益明显，化石燃料（石油、煤炭、天然气等）的有限储量及其燃烧带来的全球变暖问题使人们不得不去寻找和开发环保且可再生的新型能源。太阳能来源丰富，取之不尽，用之不竭，而且太阳能绿色环保无污染，是未来有希望获得大规模应用的新能源之一，受到国际社会的广泛关注与研究。将太阳

浅谈钙钛矿太阳能电池技术与进展

全华锋 BY619102

摘要：基于钙钛矿材料(CH3NH3PbI)制备的太阳能电池的效率由2009年的3.8%增长到了目前的20.2%，因为其较高的光吸收系数，较低的成本以及易于制备等优势引起了广泛的关注。钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层，还可以作为电子传输层(ETM)和空穴传输层(HTM)，由此可以制备不同结构的钙钛矿太阳电池：介孔结构、介观超结构、平面结构和有机结构等。除此之外，钙钛矿材料的制备方法的多样性也使其更具吸引力，目前已有一步溶液法、两步连续沉积法、双源共蒸发法和溶液—气相沉积法。本文主要介绍钙钛矿太阳电池的发展历程、工作原理、薄膜的制备方法以及各层的作用，最后对钙钛矿太阳电池面临的问题和发展前景进行介绍。

关键词：钙钛矿材料；太阳电池；光吸收层

1. 钙钛矿太阳电池的发展历程

随着人类社会的不断发展与进步，由工业发展带来的能源和环境问题日益明显，化石燃料（石油、煤炭、天然气等）的有限储量及其燃烧带来的全球变暖问题使人们不得不去寻找和开发环保且可再生的新型能源。太阳能来源丰富，取之不尽，用之不竭，而且太阳能绿色环保无污染，是未来有希望获得大规模应用的新能源之一，受到国际社会的广泛关注与研究。将太阳

高效率的钙钛矿太阳能电池的界面工程

促进钙钛矿的理论能量转换效率依赖太阳能电池技术，而且需要微妙的动力学在整个动态控制设备。通过控制层钙钛矿的形成和仔细的选择其他的材料,我们抑制载波的复合吸收剂,促进载体注入到载波传输层,保持着良好的载波提取的电极。当通过反向偏压扫描,测量电池PCE通常平均提高了16.6%,效率最高的19.3%是在一个没有抗反射涂层的平面几何上。制造钙钛矿太阳能电池是在空气和低温下从解决方案进行的,这应该简化制造大面积钙钛矿设备的性价比。 有机和无机杂化材料，特别是钙钛矿族，都表现出场效应大有希望转录电阻取值，发光二极管，传感器，和光电检测器使用超过十年。最近，铅卤化物钙钛矿 (CH3NH3PbX3,X=Cl,Br,I）铅卤化物钙钛矿为主的薄膜光伏器件功率转换效率PCE在短短4 年（2-6）从3.8％飙升到17％以上。在一个典型的钙钛矿型太阳能电池中，一个几百纳米厚的吸收层，具有或不具有介孔的支架，被夹在电子和空穴传输层 (ETLs and HTLs, respectively)之间。当入射的光子吸收，载流子在其通过传输路径，包括在ETL或HTL时，在电极上，并在两者之间的每个接口行进吸收器创建的。为了增加全氯乙烯，

高效率的钙钛矿太阳能电池的界面工程

促进钙钛矿的理论能量转换效率依赖太阳能电池技术，而且需要微妙的动力学在整个动态控制设备。通过控制层钙钛矿的形成和仔细的选择其他的材料,我们抑制载波的复合吸收剂,促进载体注入到载波传输层,保持着良好的载波提取的电极。当通过反向偏压扫描,测量电池PCE通常平均提高了16.6%,效率最高的19.3%是在一个没有抗反射涂层的平面几何上。制造钙钛矿太阳能电池是在空气和低温下从解决方案进行的,这应该简化制造大面积钙钛矿设备的性价比。 有机和无机杂化材料，特别是钙钛矿族，都表现出场效应大有希望转录电阻取值，发光二极管，传感器，和光电检测器使用超过十年。最近，铅卤化物钙钛矿 (CH3NH3PbX3,X=Cl,Br,I）铅卤化物钙钛矿为主的薄膜光伏器件功率转换效率PCE在短短4 年（2-6）从3.8％飙升到17％以上。在一个典型的钙钛矿型太阳能电池中，一个几百纳米厚的吸收层，具有或不具有介孔的支架，被夹在电子和空穴传输层 (ETLs and HTLs, respectively)之间。当入射的光子吸收，载流子在其通过传输路径，包括在ETL或HTL时，在电极上，并在两者之间的每个接口行进吸收器创建的。为了增加全氯乙烯，

浅谈有机太阳能电池与无机太阳能电池 杨红旭 10013203

测绘工程10级2班

摘要：有机太阳能电池作为一种新兴的有着巨大潜力的光电转换器件，吸引了越来越多的

关注。本文主要比较有机太阳能电池与无机太阳能电池在生产成本、工作原理和光电转换效率等方面的区别。并展望了有机太阳能电池发展的广阔前景。

关键词：有机太阳能电池 无机太阳能电池 生产成本 工作原理 光电转换率

一、 引言

现今占主导地位的太阳能电池是以无机半导体为主要材料制成，自太阳能电池商业应用以来，单晶硅、多晶硅和非晶硅系列应用最为广泛。经过多年来的发展，硅基太阳能电池相关的技术已有了长足的进步，但依然没有脱离通过氧化－还原反应来提纯硅的方法，这一过

程必然会使晶体硅太阳能电池制造能耗大、污染高、工艺复杂且生产设备昂贵。而有机半导体材料由于具有制作成本低、易制作、质量轻、富有弹性等特点，引起越来越多的关注，目前学者已在研究如何在电子器件中将现有的昂贵无机半导体材料用有机半导体材料加以代替，其中就包括有机太阳能电池的研究。本文就有机太阳能电池与无机太阳能电池在生产成本、工作原理和光电转换效率等方面的区别做简