钙钛矿太阳能电池的制备

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，有待寻找新的材料及技术。近些年发展的薄膜太阳能电池和聚合物太阳能电池，都或多或少不能满足市场化的要求，比如技术较为成熟的碲化镉薄膜太阳能电池中镉有毒，铜铟硒薄膜太阳能电池中稀有金属硒成本高，而聚合物太阳能电池虽有其他无机材料无可比拟的工艺简单、柔性好等优点，但光电转化效率瓶颈难以突破。几类薄膜太阳能电池能量转换效率如图1。

从图中可以看出，最后投入研究的钙钛矿太阳能电池异军突起，光电转换效率迅猛上升，目前已超过之前所有太阳能电池材料。虽然钙钛矿太阳能电池目前也存在着一些技术上的瓶颈和市场化的难题，但凭借高转化效率，污染少等优势，是值得研究的。

图1 几类薄膜太阳能电池能量转换效率

2钙钛矿太阳能电池的发展

1839 年,俄罗斯矿物学家von Perovski 首次发现钙钛矿存在于乌拉尔山的变质岩中。目前,已知有数百种此类矿物质,其家族成员从导体到绝缘体范围极为广泛,最著名的是高温氧化铜超导体。制备钙钛矿太阳能电池所用的钙钛矿钙钛矿太阳能电池材料通常为CH3NH3PbI3,属于半导体。如图2 所示。钙钛矿结构的通式为ABO3，钙钛矿太阳能电池中A 为甲基胺,B为铅,O为碘或氯或者两者混合。

图2 钙钛矿结构示意图

钙钛矿太阳能电池的兴起得益于染料敏化太阳

能电池技术的发展。液态染料敏化太阳能电池由多孔TiO2及其附着的增强光吸收的染料、氧化还原液体电解质和金属对电极组成。多孔TiO2的主要作用是增大比表面积吸附更多的染料以吸收更多的入射光。其中光电转换效率较高的敏化太阳能电池使用的染料是稀有金属钌合金，虽然有制备易、污染低、且不需要大型无尘设备等优点，但染料成本较高。所以寻找较为合适的吸光染料就成了突破瓶颈的焦点。

Miyasaka 等人于2006 年和2008 年报道了他们用钙钛矿材料CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3作染料的敏化太阳能电池,虽然效率不高，但经过一系列的技术和传输层材料的改进，钙钛矿太阳能电池的转化效率一步步提高，超过其他种类的太阳能电池，已然是太阳能电池技术的明日之星。然而用传统的敏化太阳能电池技术制备的液态电解质的钙钛矿太阳电池存在一个致命的缺陷,即液态电解质会溶解或者分解钙钛矿材料,以至于电池在几分钟内失效。解决办法之一就是像Miyasaka课题组2008 年文献报道中的那样采用固态电解质作空穴传输层，因此钙钛矿太阳能电池的本质是固态敏化太阳能电池，也确定了钙钛矿太阳能电池的初雏形。

3钙钛矿太阳能电池的结构及其原理

钙钛矿太阳能电池本质上是一种固态染料敏化太阳能电池。它具有类似于非晶硅薄膜太阳能电池的P-I-N结构。钙钛矿材料作为光吸收层(I本征层)夹在电子传输层TiO2(N型)和空穴传输层HTM(P型)之间。目前光电转化效率较高且稳定的的结构如下图3。

图3 钙钛矿太阳能电池结构示意图

其中，致密TiO2作为阻挡层，有效提高电子空穴分离效率，多孔TiO2作为吸附材料和电子传输层，而空穴传输层为Spiro-OMeTAD，电极分别是FTO 和银电极。选材的依据中有一个先决条件，那就是各层材料的能级图，只有能级搭配合理，才能有效传输电子和空穴而不至于电子空穴在内部就复合掉了。其光伏发电的能级图及电子空穴对产生、输运过程见图4。

图4 钙钛矿太阳能电池材料能级图

钙钛矿CH3NH3PbI3的禁带宽度为1.5 eV。当能量大于其禁带宽度的入射光照射钙钛矿材料时,激发出电子空穴对,电子空穴对在钙钛矿中传输,到达TiO2/钙钛矿和钙钛矿/HTM之间的界面时发生电子空穴分离,电子进入TiO2 ,空穴进入HTM,最后到达各自的电极(电子到达FTO 阳极,空穴到达金或银阴极)。

4钙钛矿太阳能电池的制备

目前钙钛矿太阳能电池较为成熟的制备工艺大致如下:覆盖透明导电玻璃FTO(Fluorine-doped tin oxide)层的衬底作阳极,在其上旋涂一层TiO2,然后500~550℃退火得到多孔TiO2 薄膜;接着用旋涂法或者气相沉积法沉积一层厚度约300 nm 的CH3NH3PbIxCl3-X钙钛矿;然后再用旋涂法沉积一层Spiro-OMeTAD 作为空穴传输层;最后用热蒸发法沉积一层银或者金作为阴极。

在此基础上，本课题组目前具体的钙钛矿太阳能电池的制备方法如下。

1、FTO导电玻璃的刻蚀清洗：

取一组规格为1.5*1.5cm的FTO导电玻璃，通过M3防水胶带保护其2/3的部分，用Zn粉和1mol/L 的盐酸刻蚀掉1/3的FTO；用丙酮、异丙醇依次清洗腐蚀后的FTO导电玻璃片子数次，最后浸入去离子水中超声10min。

2、致密层TiO2的制备：

FTO导电玻璃片子在鼓风干燥箱中干燥后，在手套箱中（氮气氛围）以4000rpm-6500rpm旋涂TiO2前驱体溶液，之后立刻拿出手套箱在热台上以450℃加热40min（先120℃20min后升温到450℃恒温40min)，再退火至120℃时，放回培养皿，放回手套

箱。（TiO2前驱体溶液配方：369uL的钛酸异丙酯TTIP 溶于2.53mL的异丙醇，再逐滴加入35uL的2mol/L 的盐酸。）

3、钙钛矿层的制备：

旋完TiO2后的片子继续以3000rpm-4500rpm旋涂钙钛矿层,之后随即在手套箱热台110℃下加热30min，退火到室温。（钙层前驱体溶液配方：PbCl2：碘化甲基胺MAI=1.1:3，

4、空穴传输层的制备及氧化：

旋完钙层的片子，在手套箱中以4000rpm- 6500rpm继续旋涂Spiro层，之后在手套箱中放置8h左右固化，拿出手套箱，放进低湿度干燥塔中氧化12h。Spiro前驱体配方：

144.6mgSpiro+115.2uLTBP+35uLLi-TFSI+2mL氯苯

5、蒸镀电极：

将氧化完的片子放入蒸镀机，依次蒸镀8nm MoO3和100nmAg；

然后待检测的成品钙钛矿太阳能电池片子如下图5所示：

（a）（b）

图5 钙钛矿太阳能电池的正（a）反（b）面

5 钙钛矿电池的伏安曲线和分析

太阳能电池的基本技术参数除短路电流I SC和开

路电压U OC外, 还有最大输出功率P max和填充因子

FF。最大输出功率P max也就是IU的最大值。填充因

子FF定义为

FF max

FF是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参

数。FF值越大,说明太阳能电池对光的利用率越高。

在AM1.5G模拟太阳光照95.6mWcm-2下测量太

阳能电池的输出I对太阳能电池的输出电压U的关

系，进一步处理得到J-V曲线图。

图6 光伏电池J-V曲线

表1 光伏电池特性描述

开路电压

V oc

短路电流

J sc

有效因子

效率

PCE

0.95V

14.35

mA/cm2

0.71 9.76%

上述钙钛矿特性描述中，有开路电压、短路电

流和有效因子都较为理想，但光电转化效率偏低，

与目前业界领先水平尚有差距，这与实验中的制备

过程的不确定性有很大关系，今后的制备过程中要

检测每一工序后的形貌，以确定最佳工艺方案。

6 钙钛矿太阳能电池市场化的瓶颈

钙钛矿太阳能电池也存在一些缺点,其进入市

场应用还有很长的路要走。首先,目前实验室里制造

的大部分电池是微小的,仅几毫米大。相比之下,晶体

硅太阳能电池单体片尺寸高达十几厘米。实验室很

难生产出较大面积的钙钛矿连续薄膜。其次,钙钛矿

太阳能电池对氧气非常敏感,会与其发生化学反应

进而破坏晶体结构,并产生水蒸气,溶解盐状的钙钛

矿。目前最好的钙钛矿中的铅可能会滤出,对屋

顶和土壤造成一定的污染。除此之外,目前钙钛矿太

阳能电池还面临制造技术的瓶颈和器件测试方面的

问题:空穴传输层价格昂贵和能量转换效率测试时

的回滞现象。

(1)虽然钙钛矿材料相对便宜,但制造钙钛矿太阳能

电池所用的有机空穴传输层Spiro-OMeTAD 的市场

价格是黄金的10 倍以上。

(2)虽然近年来钙钛矿太阳能电池的效率有着快速的

提高,但目前越来越多的研究人员注意到,在对这一

类太阳能电池进行伏安曲线测试时,其图线会出现

明显的回滞现象。这可能导致了研究人员对之前所

有钙钛矿太阳能电池转换效率的高估或低估。虽然目前很多学者都观察到了器件I-V 测试中的回滞现象,但引发这一现象的原因目前尚在研究中,有待进一步探索。

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

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

(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。

钙钛矿太阳能电池的研究进展

钙钛矿太阳能电池的研究进展人们对太阳能这一新型能源认识的不断加深，促使以太阳能作为主要能源的各类产品得以广泛应用和发展，其中，钙钛矿太阳能电池则是人们对太阳能这一新型能源不断研究的产物。为了进一步提高人们对钙钛矿太阳能的认识，文章通过对钙钛矿太阳能中的钙钛矿材料进行阐述，进而对钙钛矿太阳能电池中作为重要的部分，即光吸收层的制备方法和钙钛矿太阳能电池的结构方面的研究作出了系统的说明和分析。标签：钙钛矿；光吸收层；太阳能电池前言长期以来，低成本且高转化率的光伏器件一直是光伏器件领域研究的重要方向，自2009年钙钛矿太阳能电池产生后，钙钛矿太阳能电池得到了国际学术界的高度认可和重视。作为一种新型的太阳能电池，钙钛矿太阳能电池无论在其吸光材料还是内部结构方面均具有良好的优势。基于此，加强对钙钛矿太阳能电池光吸收层以及器件结构的研究，无疑成为了理论界和学术界需要共同开展的关键工作。 1 钙钛矿材料概述对钙钛矿太阳能电池的光吸收层进行分析可知，其实质上是一种有机—无机的杂化材料，其化学式为CH3NH3PbX3，此材料的晶胞结构为典型的钙钛矿晶体结构，其中，PbX6形成八面体，且相互接触沟通构成具有三维结构的框架，而CH3NH3+则被嵌入其内。由于钙钛矿太阳能电池的光吸收层具有电致发光与光致发光的特性，不仅具有直接带隙和较高的光吸收系数，而且还具有良好的截流子输运性能和較高的缺陷容忍度。还需说明的是，钙钛矿光吸收层的禁带宽度同AM1.5光照下的最佳带隙值，即1.4eV极为接近，但却比Br和Cl的含I（碘）的钙钛矿材料在水蒸气条件中更易分解，故在制备过程中可借助Br和Cl元素取代部分CH3NH3PbX3能够提高其抗分解的能力[1]。 2 钙钛矿太阳能电池光吸收层制备方法就现阶段而言，钙钛矿太阳能电池的高质量光吸收层的制备方法主要以溶液法和共蒸发法为主。 2.1 基于单步法与两步法的溶液法溶液法主要包括了单步法和两步法两种。其中，单步法通常以一定的化学计量比将CH3NH3X以及PbX2共同溶解在溶剂（N-二甲基甲酰胺）当中从而构成前驱体溶液，而后，将此前驱体溶液直接旋涂在TiO2上，并将其置于100℃的N2手套箱内进行干燥。在整个干燥过程中，前驱体溶液中的发生CH3NH3X与

钙钛矿太阳能电池的发展现状及展望

钙钛矿太阳能电池的发展现状及展望最近几年，钙钛矿太阳能电池作为在低成本光伏领域的重大突破而变得很有名。此电池的光电转换效率已接近效率超过15％的硅晶太阳能电池。令人惊异的是，如此惊人的成就在短短5年就已完成。在2009年时钙钛矿太阳能电池的光电转换效率才仅有 3.8％.从那以后，这个领域就呈几何级数扩散。在这种情况下，我们归纳了钙钛矿太阳能电池的基本工作原理和实验室制备方法。同时总结了此类电池现在存在的问题和未来发展方向。关键词：光伏、钙钛矿、太阳能电池、光电转换效率 1.1背景介绍随着现代化社会的高速发展，能源问题日益突出。目前经济发展所需要的能源大部分来自经地球几十万年存储下来的化石能源。根据中国科学院院士、中国科学院能源研究委员会副主任严陆光在武汉四中参加武汉百万市民科学活动时作出的估计，根据现在已探明的储量和消耗水平计算，化石能源中石油可用30至50年，天然气可用60至80年，煤炭可用时间稍微长一些，大约100至200年。同时由于化石能源的消耗造成的环境污染同样不容忽视。化石能源的燃烧会产生氮、硫氧化物，形成酸雨，破坏环境（如树林、动物大量死亡，估计被腐蚀等），产生得二氧化碳会形成温室效应，破坏生态平衡，同时会产生引发呼吸道疾病的细微粉尘。化石燃料的使用也是造成雾霾问题的一大原因。因此，寻找可替代的，清洁的能源已迫在眉睫。太阳能是世界上最为丰富的能源之一。地球上一年的太阳照射产生的能量高达1.5×1018千瓦时。而我们正在大量使用的化石能源，其已探明储量，石油为1.75×1015千瓦时，煤炭为1.4×1015千瓦时，天然气为5.5×1015千瓦时。由此

钙钛矿太阳能电池的机遇与挑战

钙钛矿太阳能电池的机遇与挑战光伏电池组件来源:北极星太阳能光伏网 2019/9/11 13:40:18 “在新型太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池是最有前景的。”9月10日下午，在智慧能源与绿色发展论坛上，上海科技大学教授宁志军分享了钙钛矿太阳能电池的机遇与挑战。上海科技大学教授宁志军专题链接：现场直播丨智慧能源与绿色发展论坛以下为会议实录：宁志军：非常荣幸与大家分享一下钙钛矿太阳能电池最近的进展以及我们实验室目前最新的研究。我的介绍分四个部分，第一是钙钛矿太阳能电池的现状，二是挑战，第三部分是我们最新研究进展，最后总结一下。在5种新型太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池是最有前景的。因为这个材料比较新，我还是给大家简单介绍材料的结构，主要是由阳离子、有机阳离子、无机3个组分组成。大家一般认为传统半导体材料要实现非常好的性质，就是高纯的晶体硅，而钙钛矿是目前唯一的溶液法就可以得到高质量的半导体。它具有非常好的半导体性质，比如载流子迁移率非常高、激子寿命长、缺陷浓度小、可见光区吸光度高，原料易得等。它的结构主要是两种，一个是正式结构，一个是反式结构，反式结构可以全部用无机的来做。值得重视的是，钙钛矿电池还可以跟晶体硅电池做一个叠层电池，可以吸收800纳米以上的光。目前发表出来的文章电池效率达

25.2%，目前认证的最高效率是英国一家公司的28%。此外，大家很担心钙钛矿大面积制备的问题，现在这个问题也慢慢得到解决，日本东芝公司已具备了大面积制备的工艺。下面分析一下钙钛矿太阳能电池的成本。钙钛矿电池的成本，基于这样一个结构，它是用导电玻璃在上面，再是金属电机的结构，计算下来总的成本，如果电池能达到20%的效率，它的成本大概控制到0.2美元以下，就是1块钱每瓦这样的水平。这里面主要成本来自导电玻璃这一块，本身材料很便宜，只占到14%左右的成本，钙钛矿不像晶体硅，非常薄，成本非常低。如果说导电玻璃大规模生产，钙钛矿电池成本可能继续进一步降低。进一步计算每度电的成本，如果效率20%的话，按目前成本计算，它的成本就在小于2毛钱每度电的水平上面。如果说后面效率进一步提高，它的成本可能会进一步降低。目前产业链这块，钙钛矿电池主要分为三个部分，包括原材料，包括碘化纤（音），还有ITO玻璃；组件制备，下游厂商进行电池发电贴膜、便携式电子设备。国外企业钙钛矿太阳能电池已经进入中级的阶段，国内领先的公司，如杭州纤纳光电，三个博士合伙人，在三年时间内把钙钛矿大规模组件从开始百分之六七左右很低的效率提高到17%这样的水平。还有江苏协鑫公司，他们计划1MW产线投产。国际企业包括日本东芝公司、松下公司等。松下今年发布新闻，他们组件已经通过标准稳定性的测试，在双85的条件下器件能够放置1000个小时，这个非常重要，1平方厘米效率突破20%，此外钙钛矿叠层，他们能做28%小规模组件的效率。根

钙钛矿太阳能电池基本原理和制备方法

钙钛矿太阳能电池基本原理和制备方法 2.1基本原理钙钛矿太阳能电池作为一种新出现的太阳能电池，其电池结构目前主要有两种，第一种是由染料敏化太阳能电池演化而来的“敏化”结构，此结构与染料敏化太阳能电池极为相似，具有高吸光性的钙钛矿材料作为光敏化剂，其层状结构的每一层物质依次为透明导电玻璃、ZnO或TiO 2致密层、钙钛矿敏化的多孔TiO 2 或Al 2O 3 层、空穴传输层（HTMs）、金属电极，结构图如图2.1左。第二种是平面异质结薄膜结构，其层状结构每一层物质依次为透明导电玻璃、ZnO或TiO 2 致密层、钙钛矿层、空穴传输层（HTMs）、金属电极，结构图如图2.1右。这种结构下钙钛矿既是光吸收层又是电子传输层和空穴传输层，其优良性能被充分利用。由于作为空穴传输层（HTMs）的Spiro-OMeTAD材料制备起来相对比较复杂和昂贵，因而无空穴传输层（HTMs）的钙钛矿太阳能电池的研发也成为科研热点。图2.1 （a）“敏化”钙钛矿太阳能电池结构（b）平面异质结钙钛矿太阳能电池结构 2.1.1“敏化”钙钛矿太阳能电池 H.S.Kim等科学家制作出了光电转化效率为9.7％的敏化全固态钙钛矿太阳能电池，作为光吸收层的钙钛矿CH 3NH 3 PbI 3 的光吸收系数很高，较薄的钙钛矿敏化的多孔TiO 2 层可以吸收大量的光源，因而电池可以产生高达17.6mA/cm2的短

路电流密度。此后tzel a Gr 等科学家优化了电池制备方法，在TiO2光阳极表面上形成CH 3NH 3 PbI 3 纳米晶，此纳米晶具有高吸附性和该覆盖性。此方法使得太阳能电池光电转换效率达到15％，并且具有极高的稳定性，500小时后光电转化效率仍然达到一开始的80％. 一维的TiO 2纳米结构，包括纳米棒、纳米管、纳米线等，相比较于由TiO 2 纳米颗粒组成的薄膜，其电子传输效率更高，电子寿命更长，晶界的电荷复合效率更低。TiO 2 薄膜因其有利于电子传输，具有恰当的能级，在传统的敏化结构太阳能电池中可以作为光阳极。其电荷转移示意图如图 2.2左。而由于钙钛矿 CH 3NH 3 PbI 3 具有长的电子扩散长度，且具有双极性输运性质，光生电荷载流子可以被钙钛矿有效的分别传输到两端电极，因而绝缘的Al 2O 3 便可替代TiO 2 。Al 2 O 3 仅作为钙钛矿CH 3NH 3 PbI 3 的支架，光生电子被限制在CH 3 NH 3 PbI 3 内，只能在钙钛矿内传输。J.M.Ball等科学家优化了Al 2O 3 的厚度，使得钙钛矿太阳能电池的光电转换效率最高达到12.3％. 其电荷转移示意图如图2.2右。图2.2 TiO2、Al2O3为光阳极的太阳能电池电荷转移示意图

钙钛矿太阳能电池材料的研究进展

第46卷第3期材料工程V。1.46 No.3 2018 年3月第 142 —150 页Journal of MaterialsEngmeering Mar. 2018 pp.142-150 钙钛矿太阳能电池材料的研究进展 Research Progress on Materials for Perovskites Solar Cells 邱婷，苗晓亮，宋文佳，楼冬，张树芳 (南京理工大学材料科学与工程学院，南京210094) QIU Ting，MIAO Xiao-liang，SONG Wen-jia， LOU Dong,ZHANG Shu-fang (School of Materials Science and Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094, China) 摘要：钙钛矿太阳能电池的研究在近5年内迅速发展，已经成为非常有活力的研究领域，在较短的时间内电池的效率得到了显著的提升。钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料的研究对于提高电池的效率有着重要的意义。本文综述了近年来在钙钛矿层制备方法、新材料的合成等方面存在的主要问题和研究进展。对各种制备方法的特点及改进优化进行了详细的介绍，并分析了新材料合成的必要性和所面临的问题。最后，指出了在降低钙钛矿毒性、大面积制备钙钛矿太阳能电池，以及降低成本等方面的研究前景，为今后高效、稳定的钙钛矿太阳能电池的研究提供方向。关键词：钙钛矿；太阳能电池；制备；薄膜 doi: 10.11868/-.issn.1001-4381. 2015. 001329 中图分类号：O475 文献标识码：A文章编号：1001-4381(2018)03-0142-09 Abstract：Perovskite solar cells(PSCs)have been developed rapidly as one of the most growing photovoltaic technologies in the last five years.The power conversion efficiency(PCE)of the solar cells has been unprecedentedly increased over the relatively short period.It is of great signii-cance to study the perovskite materials in this kind of solar cells for improving the efficiency.The most focused issues asw ell as themain progress in varied fabrication techniques and synthesis of new materials in recent years were reviewed in this paper.The characteristics and improvements of varied fabrication techniques are introduced in detail,the necessity and the problems facing for new materials synthesis were analyzed.Finally,a perspective view on reducing the toxicity of perovskite,preparing large-scale perovskite solar cells,and the cost reduction was given to p rovide the direction ture research of high-efficiency and stable perovskite solar cells. Key words：perovskite；solar cell；fabrication；thin film 近几十年来，随着工业发展和人口増长，全球能源需求不断増加，特别是对传统能源，如石油、煤炭和天然气的依赖仍在继续。到目前为止，超过80%的能源消耗来自化石燃料，这导致了环境污染和气候变暖等问题。更重要的是，化石燃料是不可再生能源，未来终将耗尽。而现代社会的发展需要更多低污染、可持续的能源。太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源，同时也是清洁能源，在使用过程中不会产生任何的环境污染。利用太阳能进行发电是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。人们已经研制和开发了各种太阳能电池。目前，硅基太阳能电池，特别是单晶硅太阳能电池由于转化效率较高已经实现了商品化，并在大规模应用和工业生产中占据主导地位，但由于其高昂的材料价格以及繁琐的制备工艺，使得其成本居高不下，而大幅度降低其成本又非常困难[1]。为此，发展硅电池的替代产品是非常有必要的。在这种情况下，成本相对较低的多晶硅薄膜太阳能电池和叠层（多结）非晶硅太阳能电池应用而生。但由于在多晶硅薄膜电池的生产工艺中，需要高温、高真空的气相沉积过程，成本仍然较高。对于成本更为低廉的非晶硅太阳能电池来说，非晶硅大约1. 7e V的光学带隙只能利用波长在730n m以下的太阳光辐射，明显减少了对近红

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/3615046600.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。

钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层及电子传输材料的制备研究

钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层及电子传输材料的制备研究 Hans Journal of Nanotechnology 纳米技术, 2015, 5, 16-23 16 Investigation on Preparation of Perovskite Layer and Electron-Transport Materials for Perovskite Solar Cells Tianguo Deng1,2, Yun Gao2*, Xiaohong Xia2, Zhongbing Huang1 1Faculty of Physics and Electric Technology, Hubei University, Wuhan Hubei 2Faculty of Materials Science and Engineering, Hubei University, Wuhan Hubei

Received: Jan. 28th, 2015; accepted: Feb. 10th, 2015; published: Feb. 16th, 2015 Copyright ?? 2015 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). Abstract In organic-inorganic hybrid halogen perovskite solar cell, the electron transport material and its interface with absorption layer play an important role in the efficiency of photoelectrical conver- sion. The mesoscopic structures of the electron-transport layer will directly influence the growth of perovskite layer, whose microstructures are crucial for the stability and life-span of solar cells.

钙钛矿太阳能电池制备

实验计划 1.经过详细调研后决定采用介孔结构的平面电池，制作工艺采用溶液法，这类方法应用广泛且操作简单，可以在室内环境下制备钙钛矿电池。 2.因为制作钙钛矿电池采用的主流空穴传输层材料Spiro-OMeTAD价格昂贵，所以决定采用价格较为亲民的替代材料，这其中有机碳材料是一个方向，本次实验考虑到实现性和所需药品，预备了两种方案。方案一酞菁铜作为空穴传输层，碳作为阴电极。 1.电池结构图A中是电池的结构FTO/二氧化钛阻挡层/二氧化钛介孔层/光吸收层/纳米棒酞菁铜/低温制备炭电极图B是各层之间的能阶图 2.主要药品和试剂

3.实验步骤（简述） ●FTO玻璃基底首先用锌粉和盐酸进行刻蚀，刻蚀之后的FTO基底依用表面活性剂清洁，接着依次用丙酮，乙醇，去离子水冲洗，最后在氧等离子体下处理30分钟以出去表面的有机物残留。 ●将太酸二异丙酯的异丙醇溶液以2000r.p.m的转速在FTO基底上旋涂60s，紧接着500 度烧结30分钟后形成大约50nm的二氧化钛致密层。 ●将二氧化钛浆料的无水乙醇溶液以2000rpm，60s旋涂在基底上之后500度烧结30分钟，接着浸入70度的四氯化钛水溶液中30分钟，自然干燥后在500度烧结30分钟。 ●将甲胺和氢碘酸在0度下混合搅拌2小时后，在50度下蒸发1小时后得到产物，将产物用乙醚冲洗三次之后置于60度真空下干燥24小时以得到期望产物甲基碘化铵白色晶体粉末。 ●将碘化铅的DMF溶液以2500rpm，30s旋涂在介孔二氧化钛薄膜上后在100度烧结15 分钟，冷却到室温后将复合薄膜浸入到甲基碘化铵的异丙醇溶液中60分钟，之后将钙钛矿薄膜用干的异丙醇和氮气冲洗，然后在100度下干燥30分钟。 ●将酞菁铜用真空蒸镀法淀积在基板上，并用刮片技术淀积碳层，之后在100度下烧结 30分钟。方案二通过调研发现钙钛矿材料本身可以同时作为光吸收层和空穴传输层，所以此方案采用了低温制备炭电极的无空穴传输层的钙钛矿太阳电池，同样采用了介孔平面结构和溶液法制备。1.电池结构

钙钛矿太阳能电池的研究现状和进展

128当代化工研究 Chenmical Intermediate技术应用与研究2019?01 链钦矿太阳雜^电池的研究现状和>进展 *傅琨 (南京市第九中学江苏210000) 摘要：钙钬矿太阳能电池由于其成本低、易制备、光电转换效率突飞猛进引起了科学界的广泛关注，从2009年的3.8%到如今的23. 3%,效率即将赶超娃电池。本文从钓钬矿材料的晶体结构、电池结构和工作原理这几个方面展开，并重点分析了钙钦矿太阳能电池产业化要素，总结了产业化要素的研究现状和发展情况。最后本文指出钙钛矿太阳能电池未来研究方向，对今后的研究提出可供参考的意见。关鍵词：新能源；钙钦矿；太阳能电池；产业化中图分类号：T文献标识码：A Research Status and Progress of Perovskite Solar Cells Fu Kun (Nanjing No.9Middle School,Jiangsu,210000) Abstract i Perovskite solar cells have attracted wide attention f rom the scientific community due to their low cost, easy f abrication and rapid photoelectric conversion efficiency. From 3.8% in 2009 to 23.3 % today, their efficiency will soon surpass that o f s ilicon cells. In this p aper, the crystal structure, cell structure and working principle o f p erovskite materials are discussed, and the industrialization factors o f p erovskite solar cells are analyzed e mphatically, and t he research status and d evelopment o f t he industrialization f actors are summarized. Finally, this p aper p oints out the f uture research direction ofperovskite solar cells and p uts f orward s ome suggestions f or f uture research. Key words：new energy；perovskite-, solar cell；industrialization 1. 前言随着社会发展，传统能源所引发的资源短缺和环境污染问题日趋严重，开发利用清洁可再生的能源成为科学研究的重大课题之一。而太阳能作为地球上总量最大的可再生能源成为重要研究方向，其利用方式主要包括太阳能光-热-电转换，太阳能光-化学-电转换以及太阳能光-电转换，尤其光- 电转换发展较快、最具活力。太阳能电池正是采用了光-电转换这种方式，根据光电效应原理设计一种光俘获材料并制备成电池，从而将太阳能转化成电能。如今，太阳能电池的研发受到科学家的重视，如何通过研发新材料，并改善电池的结构，来提升整体的光电转换效率（PCE)，增加太阳光的利用性，成为太阳能电池领域的最重要课题。钙钛矿太阳能电池是一种新型薄膜太阳能电池，具有制备简单，成本不髙以及可制备柔性器件等一系列优点，自2009年以来，使用钙钛矿作为光吸收材料的太阳能电池的 PCE从3.8%迅速提髙到23. 3%,逐渐成为国内外科研小组在太阳能电池研究方面的热点。 2. 钙钛矿太阳能电池结构和工作原理 ⑴链钦矿晶体结构钙钛矿最初是指一种稀有矿石CaTi〇3，如今科学界界定的钙钛矿材料概念更广，是指与〇&1'1〇3有着相同晶体结构的材料的统称，表示为ABX3。理想的钙钛矿的晶胞是一个面心立方结构，A+位于立方晶胞顶角，X-位于立方晶胞的面心，A+、X-离子半径相近不加区分，共同构成面心立方堆积，同时A+被十二个X-包围形成立方八面体，而较小的B2+则填充于立方八面体空隙。从配位多面体角度看，B2+与六个X-相邻，通过强配位作用形成配位八面体结构[BX6]，这些八面体共角连接成三维无机框架，A+则填充于无机框架中心，平衡整个晶胞中的电荷，形成一个完整的钙钛矿分子。如图 1所示。正是由于这种独特的结构造就了钙钛矿优良的吸光性、电催化性以及其他性质，也使其在不少领域均有重大发现，应用前景良好。在太阳能电池的应用中，钙钛矿主要作为吸光材料，其中A+为以M A+ (CH3N H3+)为主的有机铵阳离子，B2+为以Pb2+为主的金属阳离子，X-为卤素离子，例如甲铵铅碘（CH3N H3PbI3)。图1钙钦矿晶体结构 ⑵电地结构钙钛矿太阳能电池一般由五部分组成：FT0导电玻璃、致密电子传输层、钙钛矿吸光层、有机空穴传输层和金属背电极。FT0透明导电玻璃可以传输、收集电子，组成太阳能电池的外部结构。钙钛矿吸光层具有较好的吸光性，当被太阳光照射时，该层可以吸收太阳光中的部分光子，从而产生电子-空穴对。致密电子传输层和有机空穴传输层紧挨钙钛矿吸光层，促进电子一空穴对发生电荷分离，分别完成电子和空穴的传输，一般采用Ti〇2作为致密电子传输层，空穴传输层则常用spiro-OM eTAD作为材料。最后一层用Au作为金属背电极，其良好的导电性能够使电池更好的发挥作用。平板结构和介孔结构（图2)是常用的两种钙钛矿吸光层结构，相较而言，介孔结构的多孔层对电子的支撑和传递作用能够使电池更加稳定和高效。