钙钛矿太阳电池

钙钛矿太阳能电池的研究进展

近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿薄膜太阳能电池近两年脱颖而出，吸引了众多科研工作者的关注，还被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。钙钛矿薄膜太阳能电池的光

电转化效率在5年的时间内从3.8%迅速提高到经过认证的16.2%（截止到2013年底），把染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等新型薄膜太阳电池甩在了身后。

钙钛矿太阳电池简介

钙钛矿太阳能电池结构见图1，其核心是具有钙钛矿晶型（ABX3）的有机金属卤

化物吸光材料（晶胞结构见附图）。在这种钙钛矿ABX3结构中，A为甲胺基

（CH3NH3），B为金属铅原子，X为氯、溴、碘等卤素原子。目前在高效钙钛矿

型太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺（CH3NH3PbI3），它的带隙

约为1.5 eV，消光系数高，几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800 nm以下的太阳

光。而且，这种材料制备简单，将含有PbI2和CH3NH3I的溶液，在常温下通过

旋涂即可获得均匀薄膜。上述特性使得钙钛矿型结构CH3NH3PbI3不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小，这是钙钛矿型太阳能电池能够实现高效率的根本原因。

图1. 钙钛矿材料（以CH3NH3PbI3）的晶体结构以及钙钛矿型太阳能电池结构

示意图

由于相对复杂的晶体结构对A、B、X三个位点上的原子（或基团）半径有着较高的要求，钙钛矿吸光材料的组成比较固定。最近一些研究组用甲咪基取代A 位上甲胺基，使带隙变窄（1.48 eV），获得了更高的光电流。对于B位上的Pb 原子，当Sn原子替换Pb原子后，目前尚未见有光电响应的报道。而X位上的原子，目前可以选用氯、溴、碘等卤素原子，但只有以碘为主的钙钛矿有合适的带隙，可以获得高转换效率。除了CH3NH3PbI3之外，CH3NH3PbI3-x Cl x也是目

前研究较多的材料。在保持能级结构基本不变的情况下，少量氯元素的掺杂可以提高电子迁移率，显示出了更加优异的光电性能。但是，与硅基相比，目前常用的钙钛矿吸光材料存在着光响应范围不够宽、对水和一些溶剂敏感、含重金属铅等不足。因此，寻找带隙更窄、化学稳定性更好、对环境更友好的钙钛矿材料是非常有意义的。

钙钛矿薄膜太阳能电池的发展起源于敏化太阳能电池，且基于敏化太阳能电池、有机太阳能电池等在过去二十年里积累的相关技术，才得以飞速发展。最早的钙钛矿太阳能电池是采用CH3NH3PbI3敏化TiO2光阳极和液态I3-/I-电解质，效率只有3.8%（通过优化达到6.5%）。但由于CH3NH3PbI3在液态I3-/I-电解质中不稳定，使得电池稳定性差，目前这方面的研究非常少。采用固态空穴传输材料（HTM）（如spiro-OMeTAD, P3HT等）替换液态I3-/I-电解质，电池效率得到了极大提高，达到16%，已经超过染料敏化太阳能电池的最高效率（13%），并具有良好的稳定性。

在此基础上，H. Snaith等把多孔支架层n型半导体TiO2换成绝缘材料Al2O3或者ZrO2，并用空穴传输材料组装成薄膜电池，同样也可以实现高效率（已报道的最高效率为15.9%）。这一结果表明这种钙钛矿材料CH3NH3PbI3本身具有良好

的电子传导能力。基于绝缘材料支架层的钙钛矿型太阳能电池在原理上已经超越了传统的敏化概念，而是一种介观超结构的异质结型太阳能电池。更进一步地，去掉绝缘的支架层，基于均匀的高质量钙钛矿薄膜，制备出的平面型异质结电池

也可以获得高效率（已报道的最高效率为15.7%）。另一方面，在没有空穴传输材料的情况下，钙钛矿与多孔TiO2形成异质结电池，电池效率也已经达到10.5%。

在这种类似于胶体量子点太阳能电池的结构里，钙钛矿本身起到了吸光和空穴传输的双重作用。此外，把钙钛矿材料作为吸光层用于有机太阳能电池的结构中，用富勒烯衍生物PCBM作为电子传输层，PEDOT：PSS作为空穴传输层，可以实现12%以上的效率，超过了传统有机/聚合物太阳能电池的最好结果。值得一提的是，这种基于有机太阳能电池结构的钙钛矿型太阳能电池可以实现柔性化和卷对卷式的规模化生产，目前这种柔性钙钛矿电池已经达到了9.2%的高效率。钙钛矿材料在这些结构迥异的太阳能电池中，都能够实现10%以上的高效率，在未来的实际应用中，也许同样会出现多种结构并存竞争的局面。同时，对材料的基本性质和电池工作原理的深入研究和理解也是十分重要的，这不仅有助于进一步提高钙钛矿型电池性能，也能为人们寻找更简单或更高效的新结构提供思路。钙钛矿薄膜制备方法

钙钛矿材料的制备是获得高效率钙钛矿太阳能电池的关键步骤。在分子尺度上，PbI2和CH3NH3I能够通过自组装而迅速反应生成CH3NH3PbI3，因此无论是固相、液相还是气相，只要将两种原料充分混合，就可以得到所需的钙钛矿材料。但是对于厚度不到1 μm的薄膜太阳能电池吸光层来说，固相反应法制备出的大颗粒钙钛矿晶体显然是不适用的。最早用于薄膜太阳能电池的钙钛矿制备方法是液相一步法，即等化学计量比的PbI2和CH3NH3I共溶于γ-丁内酯或N, N-二甲基甲酰胺（DMF）中，取一定量的溶液滴加在纳米多孔支架层上，并以一定的速度旋涂，加热除去溶剂后，就得到了填充了钙钛矿的光阳极。而在制备氯掺杂钙钛矿时，则是采用PbCl2与过量的CH3NH3I作为前驱物，除去溶剂后进行热处理，按化学计量比的部分卤化甲胺与卤化铅生成了钙钛矿，而过量部分则气化除去。液相两步法是将PbI2的沉积与钙钛矿的形成分为两步：首先，将一定浓度的PbI2旋涂到多孔支架层上，再将旋涂了PbI2薄膜浸泡在一定浓度的碘甲胺异丙醇溶液里，黄色的PbI2逐渐转化为棕黑色的钙钛矿。H. Snaith等发展了气相共蒸发沉积法制备钙钛矿薄膜，这种方法同样可以获得高效率的钙钛矿电池，

但需要较为复杂的卤化铅和卤化甲胺共蒸发装置。除此之外，气相辅助液相法也是最近发展出的一种新技术，这种方法是在旋涂PbI2薄膜后，将其置于CH3NH3I 蒸气中，缓慢生成钙钛矿。相对于共蒸发方法，这种气相辅助液相法可以降低实验设备要求。

以上几种钙钛矿薄膜制备方法，都可以实现12%以上的高效率，但是液相法所用到的旋涂工艺，难以用于规模化生产。因此，气相共蒸发法的工艺优化以及无旋涂操作的新液相法研究，对于未来的钙钛矿型太阳能电池产业化是十分重要的。无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池的发展

图2

无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池结构简单、制备步骤更加简化、更高的性价比，是新型钙钛矿太阳能电池研究的重要方向。中国科学院物理研究所孟庆波研究团队基于多年来在新型太阳能电池领域的工作积累，迅速建立了钙钛矿太阳能电池的关键材料合成、标准模块化制备、测试表征评价等方面的研究平台，能够大面积、大批量、重现性好的制备多种结构的钙钛矿型太阳能电池。基于上述研究平台，全面而系统地开展了钙钛矿太阳能电池研究，尤其在无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池方面。他们与北京印刷学院陈强教授合作首次在采用原子层沉积（ALD）技术在钙钛矿CH3NH3PbI3与金电极之间引入了Al2O3超薄层，形成了

金属-绝缘-半导体（M-I-S）结构，有效抑制了钙钛矿半导体与金属电极之间的

肖特基接触，改善了电池的性能，电池效率提高了60%以上（相关工作发表在

Chin. Phys. Lett. 2013, 30 (12): 128402）。进而，通过发展新工艺和新方法，研

制了具有自主知识产权的钙钛矿薄膜太阳能电池，最高电池效率为10.49%和高开路电压（900 mV），并利用单结异质结电池模型来澄清无空穴传输材料钙钛矿电池结构的工作原理（见图2）。这是此类钙钛矿电池在国际上首次突破10%，处

于国际领先水平。此项工作极大推动了此类钙钛矿太阳能电池分支的发展（相关工作发表在Appl. Phys. Lett., DOI: 10.1063/1.4864638）。

此外，针对目前常用的空穴传输材料spiro-OMeTAD合成路线复杂、价格昂贵等问题，孟庆波团队与天津大学李祥高教授合作，研制系列易于合成、成本低廉的小分子空穴传输材料制备钙钛矿电池，获得了与基于spiro-OMeTAD钙钛矿电池相当的光电转换效率（12%~14%，待发表），这些新型小分子空穴传输材料在未来的大规模研究和应用中，有望作为spiro-OMeTAD的替代品降低电池的

原料成本。

展望

钙钛矿薄膜太阳能电池具有诱人的发展前景。在现有技术基础上, 进一步降低成本、提高效率和稳定性、推进其工业化，是其必然的发展趋势。钙钛矿薄膜太阳能电池发展面临以下几个方面的挑战: 多孔支架层的低温制备和柔性化; 廉价、稳定、环境友好的全光谱吸收钙钛矿材料的设计和开发; 高效、低成本空穴传输材料的制备等。此外，如何发展适合工业化生产的电池制备工艺也是十分必要的。因此，需要从事钙钛矿薄膜太阳能电池及其它薄膜太阳能电池研究的科研人员进行广泛交流与合作。我们相信, 在广大科技工作者的不懈努力下, 钙钛矿太阳能电池必将以其优异的性能和低廉的成本而成为硅电池的有力竞争者, 在未来能

源结构中占有重要的地位。

钙钛矿太阳能电池的光物理原理

钙钛矿太阳能电池的光物理原理钙钛矿太阳能电池的光物理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目前的钙钛矿型太阳能电池领域的进展，然后追踪一下光物理研究的发展。我还会强调一下钙钛矿中电子和空穴的扩散长度，CH3NH3PbI3的热空穴冷却动力学和放大自发辐射的发现。最后，在这些材料中，一些关于光物理的问题也会进行讨论。 2.有机无机钙钛矿太阳能电池 2.1 三维的有机无机钙钛矿电池的结构钙钛矿是一般化学式为AMX3 化合物的总称。A阳离子在立方晶胞的8个角上，M阳离子被6个X阴离子包围，位于[PbI6]4- 八面体的中心。如图1，CH3NH3PbI3情况。尽管钛酸钙的通用名称有着相同的“钙钛矿”标签，但有机无机钙钛矿材料与他们同名仅仅是因为他们的结构。在纳米科学发展的19世纪80年代，这类杂化材料能够形成三维（3D）到零维（0-D）与[PbI6]4- 八面体单元的类似物，直到把晶胞已作为广泛应用在半导体介观量子限制效应模型而深入研究。CH3NH3PbX3 （其中x是Cl，Br，I）是广泛调查的光伏材料的选择，这个材料由3D八面体网状结构形成。 2.2该领域和基本器件结构的概述

(完整版)钙钛矿太阳能电池研究综述

钙钛矿太阳能电池引言 21世纪以来，人口急剧增长，能源和环境问题日益明显。目前，人们主要消耗的是不可再生能源，例如煤、天然气、石油等化石燃料。而未来人类还需大量的能源，故人类正在积极开发新能源。而太阳能具有清洁、无污染、分布广并且能量充分，是目前广大科研人员的研究重点。而光伏为开发太阳能的主要对象，主要其具有安全、清洁、成本低廉等优点。目前，市场上主要为第一代硅基太阳能电池，大约占了90%，其余的约10%被CdTe和GIGS为代表的第二代薄膜太阳能电池所占据。然而，硅基太阳能电池在原材料和制造上，其成本都比较高，工艺较复杂。因此，人们正在努力开发高效率、低成本的新型太阳能电池。如钙钛矿太阳能电池[1]。近年来，钙钛矿太阳能电池由于光电效率高，工艺简单等一些优异性能而受到人们的广泛关注。现如今广大研究人员正在大力研究，开发钙钛矿太阳能电池，其光电转化效率正在不断突破、提高，有可能达到甚至超过单晶硅太阳电池（25.6%）的水平。其中钙钛矿太阳能电池的光电转化效率被证实已达到了20. 1%[2]，这项重大的成就于2013 年度，成功被Science 评选为十大科学突破之一[3]。一钙钛矿太阳能电池的发展历程人们从十年以前就开始研究钙钛矿型结构化合物，刚开始由于其具有优异的光子传导性以及半导体特性，而被应用于薄膜晶体管和有机发光二极管中。[4] 2009 年，Miyasaka 等[5]首先制得钙钛矿结构的太阳能电池，它主要是以 CH3NH3PbBr 3和CH 3 NH 3 PbI 3 为光敏化剂。这成功地跨出了钙钛矿太阳能电池发展的第一步，也为钙钛矿太阳能电池发展奠定了重要的基础。 2011年，Park 等[6]以CH 3NH 3 PbI 3 为光敏化剂，通过改善工艺及优化原料组分比，成功制备了光电转化效率为6. 54%的钙钛矿太阳能电池，其结构和性能得到了一定的提升。

浅谈钙钛矿太阳能电池技术与发展

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。将太阳能转换为电能的重要器件之一就是太阳电池。 2009年，日本人Kojim等首先将有机-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，并实现了 3.8%的效率。但这种钙钛矿材料在液态电介质中很容易溶解，该电池仅仅存在了几分钟级宣告失败，随后，Park等人于2011年将CH3NH3PbI纳米晶粒改为2-3nm，效率达到了6.5%。由于仍然采用液态电解质，仅仅经过10min，电池效率就衰减了80%。为解决钙钛矿的稳定性问题，2012年Kim等人将一种固态空穴传输材料(spiro-OMeTAD)引入到钙钛矿太阳电池中，制备出第一块全固态钙钛矿太阳电池，电池效率达到了9.7%。即使未经封装，电池在经过500小时后，效率衰减很小。空穴传输层(HTM)的使用，初步解决了液态电解质钙钛矿太阳电池不稳定和封装困难的问题。随后Snaith等首次将Cl元素引入到钙钛矿中，并使用Al2O3代替TiO2,证明钙钛

钙钛矿太阳能电池材料

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%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，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光电转换。如图所示，这是钙钛矿太阳能电池的一般结构结构，由上到下分别为玻璃、FTO、电子传输层（ETM）、钙钛矿光敏层、空穴传输层（HTM）和金属电极。其中电子传输层常常用TiO2 钙钛矿电池一个显著的特点是IV曲线（伏安曲线）的滞后（I-V hysteresis）（通常叫滞后现象或迟滞现象），一般从反向扫描（开路电压－短路电流）得到的曲线比正向扫描（短路电流－开路电压）看起来好很多。现在对钙钛矿的这种现象还没有一个很好的解释，目前比较合理的解释是：钙钛矿材料具有很强的铁电性能（ferroelectricity）以及巨大的介电常数，导致电池的低频电容很大，比其他任何一种光伏电池都显著。文献

钙钛矿型太阳能电池研究进展

课序号文献检索和数据库期末论文题目：钙钛矿型太阳能电池研究进展姓名郭天凯学号2012437019 年级专业2012应用物理指导教师 2014年7月11日摘要：近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市

场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿薄膜太阳能电池近两年脱颖而出，吸引了众多科研工作者的关注，还被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转化效率在5年的时间内从3.8%迅速提高到经过认证的16.2%（截止到2013年底），把染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等新型薄膜太阳电池甩在了身后。关键词：钙钛矿太阳能电池，研究领域，前沿科技，发展态势一、钛矿太阳电池技术研究领域的定义及其重要性 1、钛矿太阳电池技术研究领域的定义钙钛矿太阳电池是以具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物（简称：钙钛矿）等作为核心光吸收、光电转换、光生载流子输运材料的太阳电池。钙钛矿太阳电池技术研究领域是指有关钙钛矿太阳电池的工作机理、结构、特性、核心制备工艺与关键产业化生产工艺、应用研究等。钙钛矿太阳电池所采用的这种具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物光吸收体具有良好的光吸收、光电转换特性以及优异的光生载流子输运特性，其电子与空穴扩散长度均可超过1000 nm。因而采用这种新型光电转换材料的钙钛矿太阳电池具有特别优异的光电转换特性，目前实验室样品光电转换效率已高达16.2%。目前钙钛矿太阳电池的构造通常采用体相异质结结构、平面异质结结构和无空穴输运材料异质结结构等。钙钛矿太阳电池的实验室制备工艺通常采用液相沉积工艺、气相沉积工艺以及液相/气相混合沉积工艺。基于上述简洁的构造、方便的制备工艺和优异的光电转换性能，钙钛矿太阳电池因而有望成为具有高效率、低成本、柔性、全固态等优点的新一代太阳电池。钙钛矿太阳电池的大规模产业化生产将可采用卷对卷湿法涂覆、可打印印刷技术和干法等离子体增强沉积技术等。钙钛矿太阳电池具有光明的应用前景和宽广的应用范围，特别适用于建筑光伏一体化（BIPV）、偏远地区分布式发电电站、家庭式发电电站、移动（室内、便携式）电子产品、艺术装饰品等应用。 2、钛矿太阳电池技术研究领域的重要性能源是社会和经济发展的重要基础条件，迄今为止人类社会发展仍然主要依赖于化石能源。但化石能源在地球上的分布极不均衡，并且终究会枯竭。另外燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重威胁人类社会的可持续发展。太阳电池能够利用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，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。经过长期的研究与发展，目前单晶硅基太阳电池技术已经比较成熟。但单晶硅基太阳电池存在生产成本高、生产过程能量消耗大、环境污染严重、

钙钛矿太阳能电池

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, 并实现了 3.8%的效率. 但是这种钙钛矿材料在液态电解质中很容易溶解, 该电池仅仅存在了几分钟即宣告失败. 随后, Park 等 [9] 于 2011 年将 CH3NH3PbI3 纳米晶粒改为2—3 nm, 效率提高到 6.5%. 但是由于仍然采用液态电解质, 仅仅经过 10min, 电池效率就衰减了 80%. 为解决钙钛矿太阳电池的稳定性问题, 2012年 Kim 等人 [10 ] 将一种固态的空穴传输材料 (spiroOMeTAD) 引入到钙钛矿太阳电池中, 制备出第一块全固态钙钛矿太阳电池, 电池效率达到 9.7%. 即使未经封装, 电池在经过 500 h 后, 效率衰减很小.空穴传输层 (hole transport material, HTM) 的使用, 初步解决了液态电解质钙钛矿电池不稳定与难封装的问题. 随后 Snaith等 [11 ]首次将 Cl 元素引入钙钛矿中, 并使用 Al 2O 3 替代 TiO 2, 证明钙钛矿不仅可作为光吸收层, 还可作为电子传输层(electron transport material, ETM), 所得电池效率为 10.9%. 同样是在 2012 年, 瑞士的 Etgar等 [12 ] 在 CH 3NH 3PbI 3

钙钛矿太阳能电池的研究进展

40 第 44 卷第 9 期2015 年 9 月 Vol.44 No.9Sep.2015 化工技术与开发 Technology & Development of Chemical Industry 钙钛矿太阳能电池的研究进展杨　林1，左智翔2，于凤琴1，纪三郝 1，王天华1，王鸣魁 2 （1.中化化工科学技术研究总院，北京 100083；2. 华中科技大学光电国家实验室（筹），湖北武汉 430074）摘要：近年来，得益于钙钛矿材料突出的光学和电学特性，全固态钙钛矿基太阳电池效率不断取得突破，现已超过20%。业界纷纷期待着钙钛矿电池的产业化前景。文章介绍了钙钛矿作为光电材料的一些光学、电学性能，回顾了钙钛矿电池的发展历程。围绕基本结构，论述了钙钛矿电池中的基本光电转换过程，并对各种衍生结构的钙钛矿电池进行了罗列、分类，重点介绍了无空穴传输层的钙钛矿电池，阐明了无空穴传输层电池在稳定性和使用寿命、成本控制等关键问题上的优势所在，同时基于廉价碳电极的无空穴传输层太阳电池效率也已接近15%，且仍有较大提升空间。关键词：钙钛矿电池；光电转换效率；异质结；空穴传输层；碳电极中图分类号：TM 914.4+3 文献标识码： A 文章编号：1671-9905(2015)09-0040-06作者简介：杨林（1978-），男，博士，高级工程师，河北石家庄人，主要从事有机合成的研究。E-mail: yanglin@https://www.360docs.net/doc/c68658423.html, 通讯联系人：王鸣魁收稿日期：2015-07-02 根据美国能源信息局的报告，预计到2035年，全球能源消耗将比现在增加50%，其中，化石能源消耗将占世界能源消耗总量的86%[1]。可以说用“能源危机”来描述当前的形势丝毫不为过。而化石能源链条一旦中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终葬送现代市场经济。与此同时，大量消耗化石能源导致的温室气体排放，不仅使全球气候发生变化，海平面上升，还将造成全球大气环流调整和气候带向极地扩展。总之，在世界能源现状日益拮据，化石能源迟早面临枯竭，环境污染问题频发的今天，寻求新能源成了当今世界、当今中国最迫切的选择。太阳能作为一种清洁的可再生能源，开发利用太阳能，能够同时解决环境污染问题和满足全球范围内日益增长的能源需求。目前对太阳能的利用主要是基于光伏原理的太阳能电池。太阳能电池的种类有很多，按照出现的先后顺序，大体可以分为三代。一代单晶硅、多晶硅太阳能电池是目前市场上的主流产品，工艺成熟，光电转换效率高，但是高纯硅材料成本太高，工艺复杂，限制了它的大规模应用。二代多元化合物薄膜太阳能电池虽然也有较高的光电转换效率，但是它的一些原材料属稀有元素，而且像镉具有严重的污染性。这样就催生了三代太阳能电池，该代太阳能电池具有取材广泛、性能提升空间大等诸多优点，虽尚未发展到实际应用阶段，但它们是目前学术界广泛研究的热点。在三代太阳能电池中，钙钛矿太阳电池（Perovskite Solar Cell, PSC）最近几年发展势头尤为迅猛。图1是各种太阳能电池效率发展史及最高效率，从图1中可以看到PSC 在2009年效率只有3.8%[2]，到现在已经超过20%，发展速度远远快于同为三代太阳能电池的染料敏化太阳能电池（DSC）和有机聚合物太阳能电池（OPV）。基于有机金属卤化物的PSC 被认为是近年来光伏领域最重要的发明之一。自从2012年报道第一篇关于全固态太阳能电池用CH 3NH 3PbI 3作为吸光材料以后，通过调整PSC 内部界面的能级结构和改善控制电池薄膜的质量和形态以及设计一系列不同的电池结构，PSC 的效率不断取得突破。 1975E f f i c i e n c y /% 50 48444036322824201612840 199519802000198520051990 20102015 图1　各种太阳能电池的效率发展史及最高效率

钙钛矿太阳能电池的光物理原理

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目前的钙钛矿型太阳能电池领域的进展，然后追踪一下光物理研究的发展。我还会强调一下钙钛矿中电子和空穴的扩散长度，CH3NH3PbI3的热空穴冷却动力学

和放大自发辐射的发现。最后，在这些材料中，一些关于光物理的问题也会进行讨论。 2.有机无机钙钛矿太阳能电池 2.1 三维的有机无机钙钛矿电池的结构钙钛矿是一般化学式为AMX3 化合物的总称。A阳离子在立方晶胞的8个角上，M阳离子被6个X阴离子包围，位于[PbI6]4- 八面体的中心。如图1，CH3NH3PbI3情况。尽管钛酸钙的通用名称有着相同的“钙钛矿”标签，但有机无机钙钛矿材料与他们同名仅仅是因为他们的结构。在纳米科学发展的19世纪80年代，这类杂化材料能够形成三维（3D）到零维（0-D）与[PbI6]4- 八面体单元的类似物，直到把晶胞已作为广泛应用在半导体介观量子限制效应模型而深入研究。CH3NH3PbX3 （其中x是Cl，Br，I）是广泛调查的光伏材料的选择，这个材料由3D八面体网状结构形成。 2.2该领域和基本器件结构的概述光电池CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3 的应用可以追溯到2009年T. Miyasaka及其合作者所开展的工作，他们把这些材料作为光吸收材料，在TiO2介孔层和卤化物电解质上面，达到了3.18%的光电转换效率。随后在2011年，N.G Park和他的合作者将这种液态电解液钙钛矿电池进一步优化，使效率达到了6.45%，然而，材料的稳定性以及容易在液体中溶解的性质为这些早期的电池带来了麻烦。在2012年，N. G. Park, M. Gr?tzel 在电池的稳定性和效率上取得了重要的突破，实现了9.7%的光电转换效率。接下来的工作，H. J. Snaith,

钙钛矿太阳电池综述

钙钛矿太阳电池综述孙文（中南大学冶金与环境学院0507120407）摘要：利用有机-无机杂化钙钛矿材料制备的太阳能电池具有能量转换效率高和成本低的优点，近年来发展极为迅速，获得了学术界的高度关注。首先总结了钙钛矿材料的光电特性和然后介绍了钙钛矿太阳能电池的结构及其研究进展，最后指出了目前电池发展中亟需解决的问题以及进一步提高器件效率的途径。关键词：钙钛矿；晶体结构；电池结构；综述 Overview of perovskite solar cell Sun Wen (School of Metallurgical and Environment,Central South University,0507120407) Abstract Solar cells prepared using organic-inorganic hybrid perovskite materials exhibit advantages of high conversion efficiency and low cost, which show extremely rapid development in the recent years and gain great concern from academe. After the optoelectric properties of perovskite materials are summarized,structures of the perovskite solar cells are then presented, and also the recent research progress. Finally, the urgent problems need to be resolved in the development process and approaches to further improve the device efficiency are pointed out. Key words perovskite；crystal structure；cell structure；overview 1.前言近年来，环境污染和能源短缺问题严重影响了社会与个人的发展。开发更清洁的可再生能源是今后发展的方向。太阳能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到大家的关注。太阳能电池是一种利用光生伏特效应把光能转换成电能的器件。MIT和斯坦福大学的研究人员试制出了由单晶硅太阳能电池和钙钛矿型太阳能电池层叠而成的串联结构的太阳能电池。虽然转换效率还不够高，只有13.7％，但双方制定了转换效率达到29％的目标，最终还有可能超过35％。近几年，钙钛矿型太阳能电池的性能显著提高，2014年有报告称转换效率达到了20.1％。由于材料费低，制造工艺也简单，因此将来有可能给太阳能电池市场带来巨大影响。 2.钙钛矿太阳电池材料钙钛矿是指CaTiO3，属于立方晶系的氧化物。1839年，它在俄罗斯乌拉尔

钙钛矿太阳能电池研究综述

钙钛矿太阳能电池引言 21世纪以来，人口急剧增长，能源和环境问题日益明显。目前，人们主要消耗的是不可再生能源，例如煤、天然气、石油等化石燃料。而未来人类还需大量的能源，故人类正在积极开发新能源。而太阳能具有清洁、无污染、分布广并且能量充分，是目前广大科研人员的研究重点。而光伏为开发太阳能的主要对象，主要其具有安全、清洁、成本低廉等优点。目前，市场上主要为第一代硅基太阳能电池，大约占了90%，其余的约10%被CdTe和GIGS为代表的第二代薄膜太阳能电池所占据。然而，硅基太阳能电池在原材料和制造上，其成本都比较高，工艺较复杂。因此，人们正在努力开发高效率、低成本的新型太阳能电池。如钙钛矿太阳能电池[1]。近年来，钙钛矿太阳能电池由于光电效率高，工艺简单等一些优异性能而受到人们的广泛关注。现如今广大研究人员正在大力研究，开发钙钛矿太阳能电池，其光电转化效率正在不断突破、提高，有可能达到甚至超过单晶硅太阳电池（25.6%）的水平。其中钙钛矿太阳能电池的光电转化效率被证实已达到了20. 1%[2]，这项重大的成就于2013 年度，成功被Science 评选为十大科学突破之一[3]。一钙钛矿太阳能电池的发展历程人们从十年以前就开始研究钙钛矿型结构化合物，刚开始由于其具有优异的光子传导性以及半导体特性，而被应用于薄膜晶体管和有机发光二极管中。[4] 2009 年，Miyasaka 等[5]首先制得钙钛矿结构的太阳能电池，它主要是以CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3为光敏化剂。这成功地跨出了钙钛矿太阳能电池发展的第一步，也为钙钛矿太阳能电池发展奠定了重要的基础。 2011年，Park 等[6]以CH3NH3PbI3为光敏化剂，通过改善工艺及优化原料组分比，成功制备了光电转化效率为6. 54%的钙钛矿太阳能电池，其结构和性能得到了一定的提升。

新能源——钙钛矿太阳能电池简介

新能源——钙钛矿太阳能电池简介钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。引言太阳能电池是一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置。1839年, 法国物理学家Becquerel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原理是，当太阳光照在半导体p-n 结区上，会激发形成空穴-电子对(激子)在p-n结电场的作用下，激子首先被分离成为电子与空穴并分别向阴极和阳极输运。光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路就形成电流。 Fritts在1883年制备成功第一块硒上覆薄金的半导体/金属结太阳能电池, 其效率仅约1%。1954 年美国贝尔实验室的Pearson，Fuller和Chapin等人研制出了第一块晶体硅太阳能电池，获得4.5%的转换效率, 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:第一代太阳能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非晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜电池。第三代太阳能电池主要指具有高转换效率的一些新概念电池, 如染料敏化电池、量子点电池以及有机太阳能电池等。

钙钛矿太阳电池结构晶体结构钙钛矿晶体为ABX3 结构，一般为立方体或八面体结构。在钙钛矿晶体中，A离子位于立方晶胞的中心，被12个X离子包围成配位立方八面体，配位数为12;B离子位于立方晶胞的角顶，被6个X离子包围成配位八面体，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。钙钛矿太阳电池中，A离子通常指的是有机阳离子，最常用的为CH3NH3 (RA = 0.18 nm)，其他诸如NH2CH=NH2(RA = 0.23 nm)， CH3CH2NH3(RA = 0.19-0.22 nm) 也有一定的应用。B离子指的是金属阳离子，主要有Pb2(RB = 0.119 nm)和Sn2(RB = 0.110 nm)。X离子为卤族阴离子, 即I (RX = 0.220 nm)、Cl(RX = 0.181 nm)和Br(RX = 0.196 nm)。

钙钛矿太阳能电池综述

论文题目钙钛矿太阳电池综述学院：物理科学与技术学院姓名：李晓果学号：31646044

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。将太阳能转换为电能的重要器件之一就是太阳电池。 2009年，日本人Kojim等首先将有机-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，并实现了 3.8%的效率。但这种钙钛矿材料在液态电介质中很容易溶解，该电池仅仅存在了几分钟级宣告失败，随后，Park等人于2011年将CH3NH3PbI纳米晶粒改为2-3nm，效率达到了6.5%。由于仍然采用液态电解质，仅仅经过10min，电池效率就衰减了80%。为解决钙钛矿的稳定性问题，2012年Kim等人将一种固态空穴传输材料(spiro-OMeTAD)引入到钙钛矿太阳电池中，制备出第一块全固态钙钛矿太阳电池，电池效率达到了9.7%。即使未经封装，电池在经过500小时后，效率衰减很小。空穴传输层(HTM)的使用，初步解决了液态电解质钙钛矿太阳电池不稳定和封装困难的问题。随后Snaith等首次将Cl元素引入到钙钛矿中，并使用Al2O3代替TiO2,证明钙钛矿不仅可以作为光吸收层，还可以作为电子传输层(ETM)，所得电池效率为10.9%。同样是在2012年，瑞士的Etgar等在CH3NH3PbI后直接沉淀Au电极，形成CH3NH3PbI/TiO2异质结，所得的电池效率为7.3%。这说明钙钛矿材料除了可以

钙钛矿型太阳能电池

使用室温溶液处理技术制备平面异质结构的钙钛矿型太阳能电池——Dianyi Liu 和 Timothy L. Kelly 结合了介孔支架,钙钛矿光吸收剂和有机空穴传输的有机-无机杂化太阳能电池已经处于可加工光伏器件的前列;然而,它们需要经过500℃的高温烧结来形成介孔金属氧化物结构。在这里,我们报告在以CH3NH3PbI3为基的太阳能电池中使用氧化锌纳米薄膜作为电子传递层;与之相比介孔二氧化钛和氧化锌层是更薄且不需要经过烧结处理。我们利用这些特点制造光电转换效率超过10%的弹性太阳能电池。ZnO的使用也能够改进装置提高在刚性衬底上制备的电池性能。当测量的光照度在AM1.5G以下时，在此基础上设计的太阳能电池将展示出高达15.7%的光电转换效率,这是报道过的钙钛矿型太阳能电池中最高的了。溶液加工太阳能电池方面的研究使得在有机和混合光伏器件的发展取得实质性进展，其具有的光电转换效率现在经常接近或超过10％。这一进展已带动用于有机太阳能电池设备的新型电子供体材料（包括聚合物和小分子发色团）的合成，和制备用于染料敏化纳米晶体太阳能电池的新染料和氧化还原介质。尽管取得了这些进步，无论是有机太阳能电池设备的效率和染料敏化纳米晶体太阳能电池设备都被分离束缚激子或电子转移过程所需的驱动力损耗给限制了。一种令人兴奋的可替代这些传统设备架构是的有机 - 无机杂化设备利用钙钛矿类材料作为光吸收组件。早期的工作使用非常小的CH3NH3PbI3纳米粒子来敏化二氧化钛,和生产 3 - 4 % 的PCEs;然而,此后电池设计方面的发展使得转换效率有了非常迅速的进步。以介孔二氧化钛支架为基的先进钙钛矿型太阳能电池,CH3NH3PbI3 光吸收层和2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴空穴传输层取得高达15.0%的PCEs,还有一些报道认为太阳能电池的转换效率高达20%是可以实现的。目前,大多数先进的钙钛矿型设备利用介孔金属氧化物支架提供了一个可以让CH3NH3PbI3光吸收体成长的多孔衬底。除了支持结构导向,二氧化钛支架还负责接收和运输电子到电极表面。尽管与传统上的使用液体电解质染料敏化太阳能电池(350 nm -10 um在传统的染料敏化太阳能电池中)的介孔二氧化钛薄膜相比,这些层比较薄,尽管如此,实际上比通常用于反向太阳能带电池设备(40 nm)的电子传递层厚;此外,介孔薄膜需要在450 - 550 ℃之前烧结使用,使得它们与柔性衬板格格不入。最近Snaith和他的同事们证明可以保持高转换效率的钙钛矿型设备维护或使用绝缘氧化铝替代二氧化钛介孔支架可进一步改进,氧化铝矩阵构

钙钛矿太阳电池

钙钛矿太阳能电池的研究进展近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿薄膜太阳能电池近两年脱颖而出，吸引了众多科研工作者的关注，还被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转化效率在5年的时间内从3.8%迅速提高到经过认证的16.2%（截止到2013年底），把染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等新型薄膜太阳电池甩在了身后。钙钛矿太阳电池简介钙钛矿太阳能电池结构见图1，其核心是具有钙钛矿晶型（ABX3）的有机金属卤化物吸光材料（晶胞结构见附图）。在这种钙钛矿ABX3结构中，A为甲胺基（CH3NH3），B为金属铅原子，X为氯、溴、碘等卤素原子。目前在高效钙钛矿型太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺（CH3NH3PbI3），它的带隙约为1.5 eV，消光系数高，几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800 nm以下的太阳光。而且，这种材料制备简单，将含有PbI2和CH3NH3I的溶液，在常温下通过旋涂即可获得均匀薄膜。上述特性使得钙钛矿型结构CH3NH3PbI3不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小，这是钙钛矿型太阳能电池能够实现高效率的根本原因。

图1. 钙钛矿材料（以CH3NH3PbI3）的晶体结构以及钙钛矿型太阳能电池结构示意图由于相对复杂的晶体结构对A、B、X三个位点上的原子（或基团）半径有着较高的要求，钙钛矿吸光材料的组成比较固定。最近一些研究组用甲咪基取代A 位上甲胺基，使带隙变窄（1.48 eV），获得了更高的光电流。对于B位上的Pb 原子，当Sn原子替换Pb原子后，目前尚未见有光电响应的报道。而X位上的原子，目前可以选用氯、溴、碘等卤素原子，但只有以碘为主的钙钛矿有合适的带隙，可以获得高转换效率。除了CH3NH3PbI3之外，CH3NH3PbI3-x Cl x也是目前研究较多的材料。在保持能级结构基本不变的情况下，少量氯元素的掺杂可以提高电子迁移率，显示出了更加优异的光电性能。但是，与硅基相比，目前常用的钙钛矿吸光材料存在着光响应范围不够宽、对水和一些溶剂敏感、含重金属铅等不足。因此，寻找带隙更窄、化学稳定性更好、对环境更友好的钙钛矿材料是非常有意义的。钙钛矿薄膜太阳能电池的发展起源于敏化太阳能电池，且基于敏化太阳能电池、有机太阳能电池等在过去二十年里积累的相关技术，才得以飞速发展。最早的钙钛矿太阳能电池是采用CH3NH3PbI3敏化TiO2光阳极和液态I3-/I-电解质，效率只有3.8%（通过优化达到6.5%）。但由于CH3NH3PbI3在液态I3-/I-电解质中不稳定，使得电池稳定性差，目前这方面的研究非常少。采用固态空穴传输材料（HTM）（如spiro-OMeTAD, P3HT等）替换液态I3-/I-电解质，电池效率得到了极大提高，达到16%，已经超过染料敏化太阳能电池的最高效率（13%），并具有良好的稳定性。在此基础上，H. Snaith等把多孔支架层n型半导体TiO2换成绝缘材料Al2O3或者ZrO2，并用空穴传输材料组装成薄膜电池，同样也可以实现高效率（已报道的最高效率为15.9%）。这一结果表明这种钙钛矿材料CH3NH3PbI3本身具有良好的电子传导能力。基于绝缘材料支架层的钙钛矿型太阳能电池在原理上已经超越了传统的敏化概念，而是一种介观超结构的异质结型太阳能电池。更进一步地，去掉绝缘的支架层，基于均匀的高质量钙钛矿薄膜，制备出的平面型异质结电池