钙钛矿太阳能电池研究综述
钙钛矿太阳能电池研究进展

钙钛矿太阳能电池研究进展一、本文概述随着全球对可再生能源需求的日益增长,钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的光伏技术,近年来受到了广泛关注。
钙钛矿材料因其独特的光电性质和可调带隙结构,在太阳能电池领域展现出了巨大的应用潜力。
本文旨在全面综述钙钛矿太阳能电池的研究进展,从材料设计、电池结构、制备工艺到性能优化等方面进行深入探讨。
我们将首先回顾钙钛矿太阳能电池的发展历程,然后重点介绍其基本原理、关键材料和最新研究成果。
本文还将讨论钙钛矿太阳能电池当前面临的挑战,如稳定性、可重复性和大面积制备等问题,并展望未来的发展方向。
通过本文的综述,我们期望能为读者提供一个全面而深入的了解钙钛矿太阳能电池的研究进展和前景的视角。
二、钙钛矿太阳能电池的发展历程钙钛矿太阳能电池的发展历程可以追溯到21世纪初。
在2009年,日本科学家Miyasaka首次将钙钛矿材料应用于染料敏化太阳能电池中,实现了约8%的光电转换效率,这一开创性的研究为钙钛矿太阳能电池的发展奠定了基础。
然而,初期的钙钛矿太阳能电池效率较低,稳定性差,难以应用于实际生产中。
随后,科研人员通过不断改进材料组成、优化电池结构、提高制备工艺等方法,逐步提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
2012年,韩国科学家Park和Grätzel等人成功制备出了光电转换效率超过9%的钙钛矿太阳能电池,这一突破性的成果引起了全球科研人员的广泛关注。
进入21世纪10年代后期,钙钛矿太阳能电池的研究进入了快速发展阶段。
科研人员通过深入研究钙钛矿材料的物理化学性质、界面工程、载流子传输机制等方面,不断优化电池性能。
随着制备技术的不断进步,钙钛矿太阳能电池的尺寸逐渐增大,从最初的微米级发展到厘米级,甚至更大面积的柔性电池,使得钙钛矿太阳能电池在商业化应用中展现出巨大的潜力。
目前,钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已经超过25%,并且在大面积模块制备、稳定性提升等方面也取得了显著进展。
黄维团队钙钛矿太阳能电池总结

黄维团队钙钛矿太阳能电池总结1.引言太阳能作为清洁能源的代表之一,一直受到广泛关注。
近年来,钙钛矿太阳能电池以其高效能转换率和低成本而备受研究者青睐。
本文将总结黄维团队在钙钛矿太阳能电池领域的研究成果和进展。
2.钙钛矿太阳能电池简介钙钛矿太阳能电池是一种新型的薄膜太阳能电池,其光电转换效率高达20%以上,且制备过程相对简便,成本较低。
它的主要组成是钙钛矿光敏层、电子传输层和阳极。
2.1钙钛矿光敏层钙钛矿光敏层是钙钛矿太阳能电池的核心部分,它能够将阳光中的光能转化为电能。
通过选择合适的钙钛矿材料和优化制备工艺,可以提高钙钛矿光敏层的光吸收和电子传输效果。
2.2电子传输层电子传输层用于提供电子传输通道,从而有效收集光生电子。
常用的电子传输层材料有二氧化钛、氧化锌等。
2.3阳极阳极通常使用导电玻璃或透明导电聚合物材料。
它既能够帮助电子流动,又能够让阳光透过透明阳极层到达钙钛矿光敏层。
3.黄维团队的研究成果黄维团队在钙钛矿太阳能电池领域取得了许多重要研究成果,为该领域的发展做出了突出贡献。
以下是其中的几个方面:3.1钙钛矿材料研究黄维团队对不同类型的钙钛矿材料进行了广泛的研究,包括有机-无机杂化钙钛矿、全无机钙钛矿等。
他们发现不同材料的特性和性能有所差异,为进一步提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性提供了理论依据。
3.2制备工艺优化黄维团队在制备工艺上进行了精细调控,通过优化钙钛矿光敏层的厚度、晶粒大小等参数,提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
同时,他们还改进了电子传输层和阳极的制备方法,进一步提高了电池性能。
3.3长期稳定性研究黄维团队关注钙钛矿太阳能电池的长期稳定性问题,通过测试和分析,他们发现了钙钛矿材料的退化机制,并提出了相应的改进方案,延长了电池的使用寿命。
3.4薄膜太阳能电池集成除了钙钛矿太阳能电池的研究,黄维团队还开展了薄膜太阳能电池的集成研究。
他们将钙钛矿太阳能电池与其他材料的太阳能电池进行了组合,实现了能量的更高转化效率。
富勒烯 钙钛矿太阳能电池综述

富勒烯钙钛矿太阳能电池综述富勒烯与钙钛矿,这俩名字听起来挺高大上,其实它们正悄悄改变着咱们的太阳能电池界。
一、富勒烯:太阳能界的“超级明星”1.1 独特的结构,非凡的性能富勒烯,听起来像个外国名儿,其实它是一种由碳原子组成的神奇分子,结构就像个足球,由许多六边形和五边形拼接而成。
这种独特的结构让它拥有了非凡的性能,比如在光电转换方面,那可是杠杠的!它能像个小精灵一样,高效地捕捉阳光,把光能变成电能,让咱们的生活更加绿色、环保。
1.2 助力太阳能电池,效率飙升有了富勒烯的加入,太阳能电池的效率那可是嗖嗖往上涨。
它就像个“加速器”,让太阳能电池在同样的阳光下,能产生更多的电能。
这样一来,咱们就能用上更便宜、更环保的电啦!二、钙钛矿:太阳能电池的新宠儿2.1 新材料,新希望钙钛矿,这又是一个听起来挺陌生的名字,但它在太阳能电池界那可是炙手可热的新星。
它是一种由钙、钛和其他元素组成的化合物,结构稳定,性能优越。
用它来做的太阳能电池,效率那也是杠杠的!2.2 低成本,高效率钙钛矿太阳能电池最大的优点就是成本低、效率高。
相比传统的太阳能电池,它就像个“性价比之王”,能让咱们用上更便宜的太阳能电。
而且,它的生产过程还更环保,减少了对环境的污染,真是一举两得!2.3 潜力无限,未来可期钙钛矿太阳能电池的发展潜力那可是无穷的。
科学家们正不断地研究它,希望能让它变得更好、更强。
说不定哪天,它就能成为咱们生活中不可或缺的一部分,让咱们的生活更加美好!三、富勒烯与钙钛矿:携手共创太阳能电池新篇章3.1 强强联合,效果翻倍富勒烯和钙钛矿,这两个本来不相干的“明星”,现在却携手共创太阳能电池的新篇章。
它们强强联合,让太阳能电池的效率更上一层楼。
就像咱们常说的“1+1>2”,它们在一起,那效果可是杠杠的!3.2 推动科技进步,造福人类富勒烯和钙钛矿太阳能电池的发展,不仅推动了科技的进步,更造福了人类。
它们让咱们能用上更便宜、更环保的电,减少了对环境的污染,让咱们的生活更加绿色、健康。
《2024年无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池的制备及性能研究》范文

《无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池的制备及性能研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展,能源需求持续增长,寻找清洁、可持续的能源成为了世界各国的共识。
其中,钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本等优势备受关注。
近年来,关于无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池的研究逐渐增多,本文旨在探讨其制备方法及性能研究。
二、无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池的制备1. 材料选择无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池的制备主要涉及钙钛矿材料、导电基底、碳电极等材料的选用。
钙钛矿材料为光电转换的关键,导电基底应具备良好的导电性和透明度。
此外,需注意所选材料的稳定性和环保性。
2. 制备流程(1)制备导电基底:选择合适的导电玻璃基底,进行清洗和预处理。
(2)制备钙钛矿层:采用溶液法或气相沉积法将钙钛矿材料制备成薄膜,并对其进行退火处理。
(3)制备碳电极:在钙钛矿层上涂覆碳电极材料,并进行热处理。
(4)完成电池组装:将电极与其他组件进行组装,形成完整的太阳能电池。
三、无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池的性能研究1. 光电性能分析通过测量电池的电流-电压曲线,分析其开路电压、短路电流、填充因子等关键参数。
同时,采用光谱响应测试、量子效率测试等方法,研究电池的光电转换效率及稳定性。
2. 结构与形貌分析利用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段,对电池的结构和形貌进行表征。
通过分析钙钛矿层的结晶度、颗粒大小及分布等,探讨其光电性能的影响因素。
3. 稳定性测试在光照、湿度等不同环境条件下,对电池进行长时间稳定性测试。
通过对比不同条件下电池的性能变化,评估其实际应用潜力。
四、实验结果与讨论经过一系列实验,我们成功制备了无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池。
通过光电性能分析,我们发现该电池具有较高的开路电压和短路电流,填充因子也表现出色。
在结构与形貌分析中,我们发现钙钛矿层的结晶度良好,颗粒分布均匀。
在稳定性测试中,该电池在光照和湿度环境下均表现出较好的稳定性。
《碳基全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的制备及其性能研究》范文

《碳基全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的制备及其性能研究》篇一一、引言随着环境问题的日益突出和可再生能源的迫切需求,太阳能电池技术得到了广泛的研究与应用。
其中,钙钛矿太阳能电池(PSCs)以其高光电转换效率、低成本和可大面积生产等优势,成为了研究的热点。
近年来,碳基全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池因其独特的物理和化学性质,受到了广泛关注。
本文旨在研究碳基全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的制备工艺及其性能表现。
二、碳基全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的制备1. 材料选择与准备制备碳基全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池所需的主要材料包括CsBr、PbBr2以及碳基材料等。
其中,CsBr和PbBr2作为主要构成元素,需确保其纯度;碳基材料作为电极材料,其导电性能与稳定性至关重要。
2. 制备过程(1)基底处理:首先,对基底进行清洗并涂覆一层电子传输层,以提升电子收集效率。
(2)钙钛矿层的制备:将CsBr和PbBr2按照一定比例混合,在高温下进行反应,形成CsPbBr3钙钛矿前驱体溶液。
然后,通过旋涂法或喷涂法将前驱体溶液均匀涂布在基底上,形成钙钛矿层。
(3)电极制备:在钙钛矿层上涂覆碳基材料,形成电极。
三、性能研究1. 光电性能分析通过测量太阳能电池的电流-电压曲线(J-V曲线),可以了解其光电性能。
实验结果表明,碳基全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池具有较高的开路电压和短路电流密度,表明其具有优异的光电转换效率。
2. 稳定性分析对碳基全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池进行长时间稳定性测试,结果表明其具有良好的环境稳定性,能够在不同温度和湿度条件下保持较高的性能。
此外,其电极材料具有较好的化学稳定性和机械稳定性,有利于提高电池的整体稳定性。
四、结论本文研究了碳基全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的制备工艺及其性能表现。
通过实验结果表明,该类型太阳能电池具有优异的光电转换效率和良好的环境稳定性。
新型钙钛矿太阳能电池的研究及性能评估

新型钙钛矿太阳能电池的研究及性能评估一、研究背景随着人们对环境问题的关注不断加深,太阳能电池逐渐成为人们生活和工业生产中必不可少的一种能源。
近年来,新型钙钛矿太阳能电池因其高效、便捷、廉价等特点逐渐受到人们的关注,成为太阳能电池研究中的重要方向。
二、新型钙钛矿太阳能电池的研究1. 钙钛矿太阳能电池原理钙钛矿太阳能电池是一种以钙钛矿为光敏材料的半导体太阳能电池。
它的原理是:当光子碰撞到钙钛矿材料时,会向材料中注入电子(e)和空穴(h)的激子(exciton),然后激子会被分离,电子和空穴会沿着电场方向移动,最终在电极中形成电流。
2. 钙钛矿太阳能电池的结构钙钛矿太阳能电池的结构包括:透明导电玻璃(FTO)、电子传输层(ETL)、钙钛矿膜、空穴传输层(HTL)和金属电极。
其中,FTO用作阳极,金属电极用作阴极,ETL和HTL分别用作电子和空穴的传输层,钙钛矿膜用作光敏层。
3. 钙钛矿太阳能电池的优点①较高的光电转化效率。
目前,钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已经达到了20%以上,远高于传统的硅太阳能电池。
②光吸收能力强。
钙钛矿材料的光吸收能力比硅材料强,能够吸收更广泛的光谱范围内的光子。
③制备工艺简单。
制备钙钛矿太阳能电池的过程比传统太阳能电池的过程简单,生产成本低。
三、新型钙钛矿太阳能电池的性能评估目前,对新型钙钛矿太阳能电池进行性能评估主要从以下方面入手:1. 光电转化效率(PCE)光电转化效率是评价太阳能电池性能的重要指标,它的计算公式为:PCE = (能量输出/能量输入) × 100%。
目前,钙钛矿太阳能电池的PCE已经达到了20%以上,明显高于传统太阳能电池的PCE。
2. 稳定性稳定性是评估太阳能电池使用寿命的重要指标。
近年来,钙钛矿太阳能电池的稳定性得到了较多的关注。
研究发现,钙钛矿太阳能电池在高温、潮湿环境下容易失去稳定性,需要进一步进行研究。
3. 制备工艺制备工艺是影响钙钛矿太阳能电池性能的重要因素。
高效钙钛矿太阳能电池的方法论综述

中图分类号:G714; TP37
文献标识码:A
文章编号:1009—7600 (2020) 10—0080—08
Methodologies Review of High-efficiency Perovskite Solar Cells
SUN Zhi-yan
截 至 2019 年 底 , 最 新 认 证 的 最 高 PCE 是 25.2%。尽管许多综述文章已经描述了制备 PSCs 的 最先进技术,但很少有报道仅关注 20%以上有效 PSC 的制备方法。因此,本综述着重于使用前体溶 液化学,顺序沉积和晶界钝化来制备高效率 (>20%) PSCs 的方法。
一、制备高质量钙钛矿的前驱体溶液化学 到目前为止,通过沉积前体溶液制备了高效的 PSC,尽管许多小组是通过类似的工艺制造的 PSC, 但 PSC 的效率各不相同[7-10]。如前所述,PSC 的 PCE 在很大程度上还取决于电子和空穴传输材料的类型 以及器件结构。然而,即使使用相同的结构和电荷 传输材料,每个研究组的效率差异也非常大。这意 味着除了表面形态之外,由前体溶液形成固体钙钛 矿薄层的条件极大地影响钙钛矿层的结晶度、缺陷 浓度、晶粒生长等。这可能与结晶钙钛矿薄膜的快 速形成有关,随着溶剂从前体溶液中挥发,预计会 影响最终钙钛矿薄膜的物理性质,因此有必要对前 体溶液化学进行更多研究。另外,卤化钙钛矿晶体 材料易于形成有利于在低温下使用溶液法制备良好 的结晶相,但是对于形成均匀和致密的薄层也是不 利的。在 PSC 中,由于结晶速度很快,通过控制自 组装速率来设计钙钛矿薄层是非常重要的。溶解在 溶剂中的混合卤化铅钙钛矿前体可以被认为是胶体 分散体而不是实际溶液[11]。的确,Yan 等人通过用绿 色激光观察廷德尔效应,表明钙钛矿前体溶液形成 胶体。当 PbI2 与溶剂配位时,他们研究了碘代戊二
钙钛矿太阳能电池及其空穴传输研究综述

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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。
2012年,Snaith 等[7]利用CH3NH3PbI2Cl作为光吸收剂,并且将结构中的TiO2层用Al2O3层进行替代,最终电池的效率增加到10.9%。
钛矿太阳能电池逐渐引起了科研人员的广泛关注,进入了高速发展阶段。
2013 年,钙钛矿太阳能电池在结构以及性能上,都得到了进一步的优化。
Gratzel 等[8]制备了光电转化效率为15% 的钙钛矿太阳能电池,所采用的方法是两步连续沉积法。
同年,Snaith 等[9]采用双源蒸镀法成功制备了平面异质结钙钛矿太阳能电池,其光电转换效率为15. 4%。
2014 年,Han 等[10]采用全印刷的手段来制备无空穴传输层,同时用碳电极取代金属电极,成功制备了光电转化效率为11. 60%的钙钛矿太阳能电池。
Kelly 等[11]采用ZnO 作为电子传输层,空穴传输层采用spiro-OMeTAD,其制备的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率达到了10. 2%。
这标志着钙钛矿太阳能电池正在向商业化方向发展。
在2015年钙钛矿太阳能电池的光电转换效率突破了20.1%[12]。
2016年初,根据美国可再生能源国家实验室(NERL)报导,钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已经达到了22.1%[13],已经接近于单晶硅太阳电池的转换效率。
由于钙钛矿太阳电池载流子的扩散长度(大于1um)和传输特性比较优异[14],且具有制备温度低、制程简单、成本低、效率高等优势,被认为是最具前景的纳米结构太阳电池之一。
其优良特性在近几年引起了科研人员的强烈关注。
二钙钛矿的结构和性能目前,钙钛矿太阳能电池结构化合物的组成可表示为ABX3,A代表有机阳离子,如CH3NH3+、HOOC(CH2)4NH33+等;B代表金属离子,如Pb2+、Sn2+等;X代表卤素离子,如Cl-、Br-、I-等[1]。
有机铅卤化物钙钛矿材料结构如图一所示图一有机铅卤化物钙钛矿材料结构由图一可知,其在室温条件下为四方相钙钛矿结构。
其中卤素原子以共顶的途径相互连成八面体,单位八面体在三维空间内通过无限延伸而形成无机骨架结构。
金属原子位于卤素八面体的中心,有机阳离子层位于层间。
无机层和有机层之间存在氢键,并且通过氢键力进行连接,相互交叠而形成稳定的类钙钛矿层状结构,此结构能够提高载流子的传输效率,从而能增加太阳能电池器件的光电转换效率以及改善其环境稳定性。
由于杂化钙钛矿独特的结构,使其具有良好的非线性光学、磁和传导、电致发光等优异的物理性质[15]。
图二CH3NH3PbI3晶体的晶胞的空间点阵图有机无机杂化钙钛矿的组分原型为CH3NH3PbI3,也有混合卤化物型CH3NH3PbI3-x Br x和CH3NH3PbI3-x Cl x。
采取原型钙钛矿晶体的空间结构,CH3NH3PbI3的晶胞的空间点阵如图二所示。
三钙钛矿型太阳能电池的基本结构钙钛矿太阳能电池可以说是改进的染料敏化太阳能电池,其结构与染料敏化太阳能电池有些相似。
其中根据钙钛矿活性层是否有介孔骨架支撑层,我们可以将钙钛矿太阳电池结构分为介孔型钙钛矿太阳能电池和平面异质结构型钙钛矿太阳能电池。
一般来说,钙钛矿太阳能电池由六部分组成,分别为玻璃基底、FTO (掺氟的氧化锡)层、电子传输层(ETM)、钙钛矿光敏层、空穴传输层(HTM)和光阴极(又称对电极)。
如图三所示:电子传输层常用致密二氧化钛TiO2材料。
光阴极常使用金,银或者石墨烯。
空穴传输层通常为Spiro-MeOTAD及聚噻吩类等。
而钙钛矿层则为无机卤化物,如CH3NH3PbI3等[16]。
图三钙钛矿型太阳能电池基本结构四钙钛矿型太阳能电池的分类及原理介孔型钙钛矿太阳能电池介孔材料具备高的比表面积(高达1000m2/g)及孔隙率。
由于这些优良的特性,介孔材料得到了广泛的应用及研究。
研究人员通常采用介孔氧化物,以此来提升材料的受光面积以及器件效率。
图四即为介孔钙钛矿太阳能电池的工作原理图:图四介孔钙钛矿太阳能电池的工作原理图由图四可见,电池在太阳光的照射,钙钛矿层将吸收光子,电子发生跃迁,激子发生分离,最终产生电子和空穴对。
然后,这些自由电子传输到电子传输层,而空穴移动到空穴传输层。
即由于致密二氧化钛层和钙钛矿层材料的能带差异,电子移动到二氧化钛致密层,最终传到导电玻璃上。
而空穴与电子移动方向刚好相反,其会移动到空穴传输层,然后空穴传输层将空穴传输到对电极上去。
最后,在光照条件下,将导电玻璃和金属电极的外电路相连,即可产生光电流。
筛选介孔电子可以分为2个步骤:(1)钙钛矿层和致密层直接接触,即可将电子传输到导电玻璃上。
(2)钙钛矿与TiO2膜接触,电子先移动到TiO2上去,传送到致密层以后,致密层将会对其进行一些选择,然后才传输到导电玻璃上[1]。
平板型异质结钙钛矿太阳能电池目前,钙钛矿太阳能电池主要倾向于低温方向发展。
因为低温制备不但可以节约能源,还能降低成本。
而平板钙钛矿太阳能电池刚好代表了此研究方向。
平板钙钛矿太阳能电池的工作原理如图六所示。
由图五可见,钙钛矿层受到光照后,吸收光子,价带电子将会跃迁到导带,从而产生电子-空穴对。
由于钙钛矿的导带能量比TiO2导带的能量要低,因此,钙钛矿上的导带电子将会移动到TiO2导带,最终通过TiO2将电子传输到FTP导电玻璃。
图五平板钙钛矿太阳能电池的工作原理图与此同时,空穴也将会传输到空穴传输层,从而激子产生了分离,当外电路连接时,通过电子与空穴的移动,电池中即可产生电流[1]。
五钙钛矿的制备方法杂化钙钛矿晶体主要是将无机盐和有机盐充分混合及反应后,然后将得到的前驱体溶液在介孔材料中的孔隙内组装而形成的。
一般来说,制备杂化钙钛矿晶体薄膜的方法有:一步溶液旋涂法[17],双源气相沉积法[[18]和两步溶液浸渍法[[19]。
一步溶液旋涂法是将等摩尔比的CH3NH3I和PbI2的γ-丁内酯或DMF溶液,然后将其旋涂在介孔TiO2薄膜上,通过自组装形成杂化钙钛矿,再经过退火后,即能获得完整的晶形。
一步溶液旋涂法的优点有:(1)操作简单;(2)可以制备出完整性比较好的杂化钙钛矿晶体薄膜。
一步溶液旋涂法的缺点有:(1)不能精确地控制形貌以及厚度;(2)一步溶液法形成的薄膜,其不但均匀性比较差,而且存在许多的形态缺陷;(3)由于原料中同时存在有机组分和无机组分,较难选择同时溶解二者的溶剂,除此之外,还要考虑金属价态稳定性、溶解性和溶解度等因素,而这些因素将会对效率造成一定的影响[17]。
双源气相沉积法首先是把PbI2源和CH3NH3PbI3源按照特定的速度进行蒸发,然后在介孔TiO2上进行沉积,即可得到杂化钙钛矿晶体薄膜。
气相沉积法的优点有:(1)能够很好地控制薄膜的均匀度和厚度;(2)最终得到的薄膜材料具备较低的单分子复合速率和较高的载流子迁移率。
气相沉积法的缺点有:(1)难以平衡无机盐和有机盐二者的蒸发速率;(2)有机阳离子在高温下可能会发生蒸发;(3)不同种类的有机阳离子将会对热蒸发设备造成污染[18]。
两步溶液浸渍法首先将PbI2与DMF溶液或γ-丁内酯进行混合,然后旋涂到介孔TiO2薄膜上,或者在介孔TiO2薄膜上层积PbI2,然后将其与CH3NH3PbI3的1-丁醇溶液进行混合,最终进行干燥,即可得到产物杂化钙钛矿晶体薄膜。
两步浸渍法的优点有:(1)可以得到完整性高的薄膜;(2)可以准确地控制薄膜的形貌和厚度;(3)其制备出的杂化钙钛矿薄膜,具有良好的覆盖率以及均匀度;(4)能够适用于无机盐和有机盐互不相容的组分。
两步浸渍法缺点主要为制备条件苛刻,其必须在氮气保护的干燥环境中进行,不然难以得到性能良好的器件[19]。
六钙钛矿太阳能电池存在的优点及缺点钙钛矿型太阳能电池作为目前最受关注的一类太阳能电池,具有制造成本低、光电转换效率高、综合性能优异等优点。
(1)制造成本低:钙钛矿太阳能电池最大的优点就是成本低廉。
目前硅基太阳能电池占领了市场的绝大部分,众所周知,硅晶的价格昂贵,故人们不得不研究及开发新型太阳能电池。
而钙钛矿太阳能电池制备技术简单,大大降低了其成本。
同样功率(如100W)下,钙钛矿太阳能电池的成本约为硅晶太阳能电池的1/17至1/20。
(2)光电转换效率高:目前,据报道,钙钛矿太阳能电池的转换效率已经到达22.1%,已经接近于单晶硅太阳能电池的转换效率(25.6)。
理论上,钙钛矿太阳能电池的转换效率可达50%,随着科学家进一步深入研究,相信在不久的将来,其转换效率将会超过单晶硅太阳能电池。
(3)综合性能优异:钙钛矿太阳能电池不仅拥有第一代太阳能电池高转化效率的特点,还具有第三代太阳能电池薄膜、柔性化的特点,可利用溶液法卷对卷生产。
其封装前的厚度仅有数微米,远薄于非晶硅、CIGS等传统薄膜太阳能电池。
目前,阻碍钙钛矿太阳能电池产业化的关键是电池的稳定性较差,电池材料有毒性、电池封装性[20]和生产工艺[21]等问题[。