氧化锡和钙钛矿太阳能电池
钙钛矿太阳能电池课件PPT
Nature 501, 395 (202X) 英国牛津大学Henry Snaith小 组，15.4%
Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells
染料敏化电池的研发方向和内容
光阳极膜性能的提高。制备电子传导率高、抑制电荷 复合的高性能多孔半导体膜，并优化膜的性能；改进 制膜的方法，使其工艺更简单、成本更低；寻找其它 可代替TiO2 的氧化物半导体。
染料敏化效果的提高。设计、合成高性能的染料分子， 并改善分子结构，提高电荷分离效率，使染料具有更 优异的吸收性能和光谱吸收范围；充分利用多种染料 的特征吸收光谱的不同，研究染料的协同敏化，拓宽 染料对太阳光的吸收光谱。
光敏层，即钙钛矿光吸收层，接受光照激发产生光电 子，注入到多孔半导体层。后来的研究发现，该光敏 层同时具有电子传输功能。
空穴传输材料，捕获空穴，代替传统染料敏化电池中 的电解液，对于制造全固态敏化电池是一个大的突破。
金属电极，即背电极，在染料敏化电池结构中相当于 对电极。
Michael Gratzel小组的最新成果
钙钛矿太阳能电池
《科学》杂志评选202X年度十大科学突 破，第3项。钙钛矿型太阳能电池: 一种 新时代的太阳能电池材料在过去的这一 年中获得了大量的关注，它们比那些传 统的硅电池要更便宜且更容易生产。钙 钛矿电池还没有像商用太阳能电池那样 有效，但它们正在快速不断地得到改善。
美国宾州大学的Andrew Rappe研究组，将钙 钛矿结构的铁电晶体用于光伏转换，提高光吸 收效率，号称转换效率可达50%以上。目前只 是材料和结构的设想，尚未制作出实际器件。
钙钛矿太阳能电池发展历程
钙钛矿太阳能电池发展历程钙钛矿太阳能电池是一种新型的太阳能电池，具有高效、低成本、环保等优势，并且在光电转换效率方面有着潜在的突破性进展。
以下是钙钛矿太阳能电池发展历程的简要介绍。
20世纪90年代，日本学者发现了一种名为“锗钙钛矿”的材料，经过改进后光电转换效率达到11.7％。
这标志着钙钛矿太阳能电池的首次出现和发展的开端。
2006年，瑞士联邦理工学院的科学家成功地将钙钛矿太阳能电池的效率提高到20.2％，成为引领世界的研究机构之一。
此时，人们意识到钙钛矿太阳能电池有着重大潜力，并开始投入更多的研发资源。
2009年，英国牛津大学的科学家报道了钙钛矿太阳能电池的效率达到22.1％，刷新了这个领域的创纪录。
这个突破引起了广泛的关注和研究，也为钙钛矿太阳能电池的商业化应用奠定了基础。
2012年，美国麻省理工学院（MIT）科学家的研究成果将钙钛矿电池的效率进一步提高到30.1％，创造了新的历史纪录。
这一突破引起了全球范围内的关注，标志着钙钛矿太阳能电池进入了一个新的发展阶段。
2016年，澳大利亚国立大学的科学家报道了一种更为高效的钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率达到了34.5％。
这个突破使得钙钛矿太阳能电池成为了目前最高效的太阳能电池之一。
如今，钙钛矿太阳能电池已经进入了商业化阶段。
许多公司和研究机构都加入了钙钛矿太阳能电池的研发和生产。
同时，钙钛矿太阳能电池的制造成本也在逐渐降低，使得其在市场上更具有竞争力。
然而，钙钛矿太阳能电池的发展也面临着一些挑战。
首先，钙钛矿太阳能电池在长时间的使用过程中容易受到湿度、气候等环境因素的影响，导致效率下降。
其次，钙钛矿是一种含铅材料，在环保方面还存在一定的问题。
总的来说，钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的太阳能电池技术，其发展历程表明了其巨大的潜力和前景。
随着对太阳能电池技术的不断改进和完善，预计钙钛矿太阳能电池将在未来成为主流的太阳能发电技术，并为人类提供更为清洁、可持续的能源选择。
钙钛矿太阳能电池二氧化锡电子传输层的优化
钙钛矿太阳能电池二氧化锡电子传输层的优化李启华;邓立波;张培新【摘要】电子传输层是钙钛矿太阳能电池的关键材料,其中,二氧化锡(SnO2)被认为是一种理想的电子传输材料.目前采用的溶胶-凝胶法低温制备的SnO2电子传输层结晶性差,电子传输性能低.通过以水作为SnO2溶胶-凝胶前驱液添加剂提高所制备的SnO2结晶性,最终可提高太阳能电池效率.采用溶胶-凝胶法制备了SnO2电子传输层,优化了其制备条件.研究发现,以适量的水作为SnO2溶胶-凝胶的溶剂添加剂,在80℃下配制SnO2溶胶-凝胶旋涂液并陈化24 h,有利于锡源SnCl2水解,促进SnO2生成和结晶性提高.最后,利用旋涂退火制备了SnO2电子传输层薄膜.随着水添加量增加,所制备的SnO2的结晶性和电子传输性能逐渐提高.当水添加量为150 μL时,可获得平整致密的SnO2薄膜,所制SnO2的结晶性和电子传输性能都有所提高,短路电流密度达到22.77 mA/cm2,开路电压达到1.037 V,填充因子为0.492,光电转换效率达到11.617％.水添加量增至300 μL时,会导致制备的SnO2薄膜缺陷增多,效率降低.【期刊名称】《深圳大学学报（理工版）》【年(卷),期】2019(036)004【总页数】6页(P392-397)【关键词】纳米材料;太阳能电池;钙钛矿;二氧化锡;低温法;电子传输层【作者】李启华;邓立波;张培新【作者单位】深圳大学化学与环境工程学院,广东深圳518060;深圳大学化学与环境工程学院,广东深圳518060;深圳大学化学与环境工程学院,广东深圳518060;广东省柔性可穿戴能源与器件工程技术研究中心,广东深圳518060【正文语种】中文【中图分类】O649近年来，基于甲铵碘化铅(lead methylammonium iodide，简称MAPbI3或PVK)的钙钛矿太阳能电池由于能量转换效率(power conversion efficiency，PCE)优异、制备工艺简单及成本低廉等优点而受到广泛关注．MAPbI3因具有合适的带隙、优异的吸光性能和激子结合能低等性质可作为理想的太阳能电池吸光材料[1-3]. 自2009年KOJIMA等[4]首次报道钙钛矿太阳能电池以来，其能量转换效率从3.8%迅速提高到接近硅基太阳能电池的效率[4-7]，并有望进一步提高，具有广阔的应用前景．电子传输层是平面异质结钙钛矿太阳能电池的重要部分，若其具有良好的载流子迁移率、良好的光学透过率和合适的能带结构，可使太阳能电池产生更大的光电流，同时，形貌上要求制备的薄膜致密无孔以防止电子与空穴的复合[8]. 目前，钙钛矿太阳能电池普遍以TiO2为电子传输材料，获得了优异的光电转换性能[9-10]. 但是TiO2电导率低，TiO2基平面异质结钙钛矿太阳能电池光稳定性差．二氧化锡(SnO2)电导率和载流子迁移率远远大于TiO2，且拥有良好的光学透过率，制备温度低，是一种优异的太阳能电池电子传输材料. KE等[11]首次用溶胶-凝胶旋涂法制备SnO2致密层，并将其用于钙钛矿太阳能电池中，获得了较优异的性能，且只需180 ℃的烧结温度；为解决旋涂法所制备SnO2薄膜均匀性差的问题，WANG等[12]采用等离子增强的原子沉积法，在低于100 ℃的条件下制备了致密均匀的SnO2薄膜，并组装高效的钙钛矿太阳能电池．HUANG等[13]通过改变热处理方式，用紫外光加热薄膜，在70 ℃低温下制备平面异质结电池并获得了优异的综合性能．目前，SnO2基平面异质结钙钛矿太阳能电池的最高效率是YOU等[14]用商业SnO2水胶体分散液制备致密层，他采用两步扩散法制备大晶粒吸光层(FAPbI3)0.97(MAPbBr3)0.03，取得平面异质结结构钙钛矿太阳能电池中最高的的认证效率．目前，广泛使用的低温溶胶-凝胶法制备的SnO2结晶性差，导致电池效率低．为解决此缺陷，本研究探索采用水作为SnO2溶胶-凝胶添加剂，以促进SnCl2水解和SnO2的生成，发现SnO2结晶性得到提高，其电子传输性能和所组装的钙钛矿电池的PCE也得到显著提高.1 实验1.1 实验试剂本实验所用试剂有：二水合氯化亚锡(SnCl2·2H2O，化学纯)、无水乙醇(CH3CH3OH, 分析纯，水体积分数<0.3%)、碘化铅( PbI2，分析纯)、碘甲胺(methylammonium iodide, MAI，分析纯)、 N,N-二甲基甲酰胺(dimethylformamide, DMF，分析纯)、二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO，分析纯)、 1-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP，分析纯)、有机空穴传输材料2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(2,2’,7,7’-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9’-spirobifluorene, Spiro-OMeTAD，分析纯)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)-imide, Li-TFSI，分析纯)、乙腈(分析纯)、 4-叔丁基吡啶(4-tert-butylpyridine, t-BP，分析纯)和氯苯(分析纯)．1.2 SnO2薄膜制备配制1 mL的0.1 mol/L的SnCl2的乙醇溶液，分别滴加0、 75、 150和300μL的去离子水，80 ℃搅拌3 h至完全溶解后静置，陈化24 h后待旋涂．掺氟的二氧化锡(fluorine doped tin oxide，FTO)紫外臭氧处理15 min后，在空气中3 000 r/min旋涂SnO2溶胶凝胶30 s，旋涂结束后先在加热板上100 ℃加热除去溶剂，再用马弗炉以180 ℃烧结3 h.1.3 电池器件组装将FTO分别用洗洁精、丙酮、乙醇和异丙醇超声清洗15 min，最后用高压氮气吹干．按上述方法制备SnO2薄膜．在手套箱中，将1.35 mol/L的MAPbI3钙钛矿旋涂前驱液滴于FTO-SnO2基底，先以1 000 r/min的转速旋涂10 s，再以6 000 r/min的转速旋涂20 s，并在第15 s滴加反溶剂氯苯，旋涂结束后放在100 ℃加热板上加热10 min[15] ．冷却至室温后，以3 000 r/min旋涂空穴传输层(73 mg的Spiro-MeOTAD溶于1 mL氯苯中，称取520 mg的Li-TFSI溶于1 mL乙腈中；向Spiro-MeOTAD的氯苯溶液中滴加28 μL t-BP和14 μL Li-TFSI的乙腈溶液). 在干燥箱中氧化12 h后蒸镀Ag电极完成电池器件组装.1.4 测试表征采用日本电子株式会社JSM-7800F型号的场发射扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)对SnO2和钙钛矿形貌进行表征．采用德国Bruker型号为D8-Advanced的X射线衍射仪(X-ray diffraction, XRD)，在Cu Kα (λ= 0.154 050 nm)辐照条件下测试．SnO2薄膜元素结合能采用赛默飞科技公司ESCALab250x型X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)测试．采用日本日立公司F7000 型荧光光谱仪(photoluminescence spectroscopy, PL)进行荧光光谱测试．在钙钛矿太阳能电池光电转换性能电流密度-电压曲线(J-V)测试中，采用在台湾光焱SS-F5-3A型稳态太阳光模拟器(AM1.5G，光照强度为100 mW/cm2)光照下使用Keysight B2901A测试，电池有效面积为0.100 52 cm2．2 结果与讨论溶胶-凝胶旋涂法制备SnO2一般以SnCl2·2H2O为锡源，而S nCl2·2H2O易水解形成沉淀，因此，水分对SnO2溶胶-凝胶前驱液有极大影响．为探究水分对溶胶-凝胶旋涂法制备SnO2及其电池性能的影响，对其制备SnO2薄膜进行表征及测试分析.2.1 SnO2薄膜分析2.1.1 SEM及XRD分析配制SnO2溶液-凝胶时，随着前驱液中水加入量的增加，溶液逐渐出现浑浊，继而形成SnO2凝胶(分别加入0、75、150和300 μL水配制SnO2溶胶-凝胶时，前驱液变化的实物图请扫描论文末页右下角二维码查看图S1)．由图S1可见，加入300 μL水时出现浑浊．将SnO2溶胶-凝胶陈化24 h后，制备SnO2电子传输致密层薄膜，并对其进行SEM分析(SEM表面形貌图请扫描论文末页右下角二维码查看图S2)．由图S2可观察到，随着添加水从0增加到300 μL，薄膜中纳米颗粒逐渐增大：水添加量为0～150 μL时制备的SnO2薄膜中纳米颗粒粒径小于10 nm，且紧密地排列覆盖FTO；水添加量为300 μL时制备的薄膜是以100～200 nm的块状颗粒堆积形成，致密性不足以覆盖FTO，这种形貌存在大量的缺陷，电子和空穴极容易在这种形貌的界面中复合，带来漏电流，损失部分效率[15].分析前驱液添加水对制备的SnO2薄膜结晶性影响，对其进行XRD测试分析．制备条件对SnO2电子传输层性能有极大关系，相关反应[16]为SnCl2+2C2H5OH Sn(OH)2+2C2H5Cl(1)Sn(OH)2 SnO+H2O(2)2SnO+O2 2SnO2(3)图1是不同前驱液水添加量配制SnO2溶胶-凝胶旋涂液制备的SnO2电子传输致密层薄膜在玻璃基底上的XRD谱图. 由图1可见，唯一的衍射峰2θ=31.8°，属于金红石四方晶系SnO2(111)晶面(JCPDS50-1429)，与文献[17]报道的结果一致．对应随着水添加量的增加，衍射峰逐渐增强，说明前驱液中添加水有利于方程(1)中SnCl2的醇解或水解，促进SnO2的生成结晶．图1 不同前驱液水添加量所制备的SnO2电子传输致密层XRD谱图Fig.1 (Color online) XRD patterns of SnO2 thin films prepared with different water addictive sol-gel2.1.2 XPS分析为了进一步确定添加水后溶胶-凝胶旋涂法低温制备的薄膜为SnO2，对其进行XPS测试，分析薄膜表面物质元素及其价态．图2为水添加量150 μL时配制SnO2溶胶-凝胶旋涂制备的薄膜XPS谱图. 其中，图2(a)为XPS全谱图．从XPS 全谱图可以看到，所制备的薄膜主要包含Sn和O元素. 图2(b)和(c)分别是Sn和O的精细谱图．其中，图2(b)中两个峰所在的结合能487.1 eV和495.5 eV分别对应Sn 3d3/2态和Sn 3d5/2态，与Sn元素正四价结合能相对应. 图2(c)中结合能531.1 eV所在的峰对应的是O 1s态，是SnO2中的正二价氧，证明所制备的薄膜是SnO2[11]. 更高结合能(约532.5 eV)所对应的是薄膜制备过程中表面吸附的少量的水[13]. 由于制备SnO2的锡源是SnCl2，因此，对Cl所在结合能位置进行精扫，以大致判断生成SnO2的反应程度，发现低温制备的反应条件下仅有少量的Cl残留．图2 150 μL配制SnO2溶胶-凝胶旋涂制备的SnO2薄膜的XPS谱图Fig.2 XPS spectra of SnO2 prepared by 150 μL water addictive treatment sol-gel 2.1.3 PL分析图3为MAPbI3在不同水添加量配制前驱液制备SnO2电子传输层上的PL谱. 随着水添加量从0增至150 μL时，MAPbI3在所对应的SnO2电子传输层上PL谱强度逐渐减小；MAPbI3在前驱液添加300 μL 水制备SnO2电子传输层上PL强度最大．说明添加水量在0～150 μL内增加时，MAPbI3在对应制备的SnO2上电子与空穴复合逐渐减小，表明SnO2电子传输能力随前驱液水添加量在0～150 μL增加而增大，当水添加量为300 μL时，MAPbI3在对应的SnO2上电子与空穴的复合明显增大，表明水添加量为300 μL时，所制备的SnO2电子传输性能不好．图3 MAPbI3在不同前驱液水添加量所制备的SnO2电子传输层及FTO基底的PL谱图Fig.3 (Color online) PL spectra of MAPbI3 on different SnO2 films prepared with different water addictive sol-gel and FTO2.2 钙钛矿薄膜分析从图4(a)表面形貌SEM观察到，一步反溶剂法制备的MAPbI3薄膜晶粒排列都比较紧密、平整，这种形貌的吸光层有利于制备高效的钙钛矿太阳能电池[17]；从图4(b)可见，其薄膜XRD衍射峰与文献[18-19]报道的MAPbI3钙钛矿衍射峰一致．图4 MAPbI3薄膜测试Fig.4 (Color online) MAPbI3 thin film characterization 2.3 电池性能为分析SnO2溶胶-凝胶中水添加量对电池性能影响，对不同条件制备的SnO2组装钙钛矿太阳能电池进行J-V测试．图5为SnO2溶胶-凝胶不同水添加量所制备的钙钛矿太阳能电池J-V曲线，相应的光电转换性能参数短路电流密度(densityof short current,Jsc)、开路电压(voltage of open circuit,Uoc)、填充因子(fill factor, FF)和PCE值见表1．从图5可见，随着SnO2溶胶-凝胶中水添加量由0～150 μL的增加，Jsc也随之增大，由表1可知，电流密度从16.43 mA/cm2增至22.77 mA/cm2，填充因子FF从0.374增至0.492时，开路电压Uoc变化不大．因此，PCE从6.169 %增至11.617 %. 当水添加量为300 μL时，电池各项性能参数均大大减小，效率仅有1.83%.图5 SnO2溶胶-凝胶不同水添加量所制备的钙钛矿太阳能电池J-V曲线Fig.5 (Color online) J-V curves of PSCs fabricated with different water addictive sol-gel分析表明，由于适量添加水有利于促进SnCl2·2H2O 的醇解或与其发生缓慢的水解反应，更有利于SnO2的生成与结晶，从而提高SnO2电子传输性能，最终提高电池的光电转换效率[20]. 当水过量时，SnCl2·2H2O的水解过于剧烈导，会致沉淀的生成，所制备的薄膜致密性和平整性不好，缺陷过多导致电子与空穴复合严重，最终表现为电池效率损失严重.表1 SnO2溶胶-凝胶不同水添加量所制备的钙钛矿太阳能电池性能参数Table 1 Performance of PSCs fabricated with different amount of water addictive sol-gel水添加量/μLJsc /(mA·cm-2)Uoc/VFFPCE/%016.431.0030.3746.1697521.901.0090.4389.69315022.771. 0370.49211.61730010.230.9330.1921.830结语针对低温溶胶-凝胶法制备SnO2薄膜结晶性差，最终导致钙钛矿太阳能电池电子传输性能低的问题，指出溶胶-凝胶法制备SnO2受制备条件影响大，通过改变制备条件可促进SnO2生成并提高SnO2结晶性. 本研究通过在SnO2溶胶-凝胶中添加不同量的水作为添加剂，低温制备SnO2电子传输层薄膜，适量水添加剂可制备致密平整的SnO2薄膜，薄膜结晶性、电子传输性能均得到提高，最终添加适量水所制备的SnO2平面异质结钙钛矿太阳能电池获得较高的光电转换效率.提高SnO2的结晶度关键在于促进SnO2的生成与结晶过程，降低缺陷可通过制备致密的SnO2溶胶-凝胶的配制温度、陈化处理等因素；致密的SnO2薄膜需要通过选择合适的薄膜制备工艺，配制均匀分散的溶胶-凝胶等方法提高电子传输能力，最终提高SnO2钙钛矿太阳能电池转换效率．参考文献：【相关文献】[1] BAIKIE T, FANG Yanan, KADRO J M, et al. 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钙钛矿太阳能电池二氧化锡电子传输层的优化
第36卷第4期深圳大学学报理工版Vol.36No.4 2019年7月JOURNAL OF SHENZHEN UNIVERSITY SCIENCE AND ENGINEERING July2019【材料科学/Materials Science]钙钛矿太阳能电池二氧化锡电子传输层的优化李启华1,邓立波1,张培新▽1)深圳大学化学与环境工程学院，广东WI518060；2)广东省柔性可穿戴能源与器件工程技术研究中心，广东深圳518060摘要：电子传输层是钙钛矿太阳能电池的关键材料，其中，二氧化锡(S11O2)被认为是一种理想的电子传输材料.目前采用的溶胶■凝胶法低温制备的S11O2电子传输层结晶性差，电子传输性能低.通过以水作为S11O2溶胶■凝胶前驱液添加剂提高所制备的S11O2结晶性，最终可提高太阳能电池效率.采用溶胶・凝胶法制备了S11O2电子传输层，优化了其制备条件.研究发现，以适量的水作为Sri。
？溶胶■凝胶的溶剂添加剂，在80°C下配制SnC^溶胶-凝胶旋涂液并陈化24h,有利于锡源SnCl2水解，促进SnO?生成和结晶性提高.最后，利用旋涂退火制备了Sn()2电子传输层薄膜.随着水添加量增加，所制备的Sn()2的结晶性和电子传输性能逐渐提高.当水添加量为150pX时，可获得平整致密的S11O2薄膜，所制S11O2的结晶性和电子传输性能都有所提高，短路电流密度达到22.77mA/cm2,开路电压达到1.037V,填充因子为0.492,光电转换效率达到11.617%.水添加量增至300|ul L时，会导致制备的SnO2薄膜缺陷增多，效率降低.关键词：纳米材料；太阳能电池；钙钛矿；二氧化锡；低温法；电子传输层中图分类号：0649文献标志码：A doi：10.3724/SP.J.1249.2019.04392Optimization of tin oxide-based electrontransport layer for perovskite solar cellsLI Qihua1，DENG Libo1，and ZHANG Peixin121)College of Chemistry and Environmental Engineering,Shenzhen University,Shenzhen518060,Guangdong Province,P.R.China2)Guangdong Flexible Wearable Energy and Tools Engineering Technology Research Centre,Shenzhen518060,Guangdong Province,P.R.ChinaAbstract:The electron transport layer is the key material in perovskite solar cells(PSCs),and tin oxide(SnO2) has been considered as an ideal electron transport material.The SnO2prepared by the low temperature sol-gel method suffers from low crystallinity and poor electron transport properties.In this paper,the crystallinity of SnO2was increased by adding water as solvent addictive to sol-gel precursor,which finally increased the efficiency of solar cells.SnO2-based electron transport layer was prepared through a sol-gel method and the preparation conditions were optimized.It was found that adding proper amount of water as the solvent addictive to prepare SnO2sol-gel under80 °C for24h benefits the hydrolysis of SnCl2,enhancing the reaction and crystallinity of SnO2.Finally,the SnO2film was prepared via spin-coating annealing method.With the increase of water,both the crystallinity and electron transport properties were enhanced.When150jul L of water was added,the obtained SnO2layer was compact and smooth.The short-cut circuit current was22.77mA/cm2,the open circuit voltage was1.037V,the filling factorReceived:2018-06-26；Accepted:2018-07-20Foundation:National Natural Science Foundation of China(51374146)；Shenzhen Science and Technology Basic Research Foundation(JCYJ20160422112012739)Corresponding author:Professor ZHANG Peixin.E-mail:pxzhang@Citation:LI Qihua,DENG Libo,ZHANG Peixin.Optimization of tin oxide-based electron transport layer for perovskite solar cells [J].Journal of Shenzhen University Science and Engineering,2019,36(4):392-397.(in Chinese)第4期李启华，等：钙钛矿太阳能电池二氧化锡电子传输层的优化 393was0.492and the photo-electron conversion efficiency was11.617%.However,excessive water addictive leads to more defects in the prepared SnO2films and finally leads to the decrement of efficiency.Key words:nanomaterials；solar cells；perovskite；tin oxide(SnO2)；low-temperature；electron transporting layer近年来，基于甲鞍碘化铅（lead methylammonium iodide,简称MAPbls或PVK）的钙钛矿太阳能电池由于能量转换效率（power conversion efficiency, PCE）优异、制备工艺简单及成本低廉等优点而受到广泛关注.MAPbb因具有合适的带隙、优异的吸光性能和激子结合能低等性质可作为理想的太阳能电池吸光材料•自2009年KOJIMA等⑷首次报道钙钛矿太阳能电池以来，其能量转换效率从3.8%迅速提高到接近硅基太阳能电池的效率［切，并有望进一步提高，具有广阔的应用前景.电子传输层是平面异质结钙钛矿太阳能电池的重要部分，若其具有良好的载流子迁移率、良好的光学透过率和合适的能带结构，可使太阳能电池产生更大的光电流，同时，形貌上要求制备的薄膜致密无孔以防止电子与空穴的复合⑻.目前，钙钛矿太阳能电池普遍以Ti（）2为电子传输材料，获得了优异的光电转换性能妙⑹•但是Ti02电导率低, TiO2基平面异质结钙钛矿太阳能电池光稳定性差.二氧化锡（SnO2）电导率和载流子迁移率远远大于TiO2,且拥有良好的光学透过率，制备温度低，是一种优异的太阳能电池电子传输材料.KE等［⑴首次用溶胶-凝胶旋涂法制备SnO2致密层，并将其用于钙钛矿太阳能电池中，获得了较优异的性能，且只需180°C的烧结温度；为解决旋涂法所制备SnO2薄膜均匀性差的问题，WANG等［⑵采用等离子增强的原子沉积法，在低于100兀的条件下制备了致密均匀的SnO2薄膜，并组装高效的钙钛矿太阳能电池.HUANG等［⑶通过改变热处理方式，用紫外光加热薄膜，在70兀低温下制备平面异质结电池并获得了优异的综合性能.目前，SnO2基平面异质结钙钛矿太阳能电池的最高效率是YOU等［⑷用商业SnO2水胶体分散液制备致密层，他采用两步扩散法制备大晶粒吸光层（FAPbI3）°,97（MAPbBr3）003,取得平面异质结结构钙钛矿太阳能电池中最高的的认证效率.目前，广泛使用的低温溶胶-凝胶法制备的S11O2结晶性差，导致电池效率低.为解决此缺陷，本研究探索采用水作为Sri。
氟掺杂氧化锡 电极材料
氟掺杂氧化锡电极材料
氟掺杂氧化锡（FTO）是一种透明导电氧化物，主要用于染料敏化太阳能电池及钙钛矿太阳能电池的透明电极。
FTO继承了二氧化锡材料的化学稳定性，能耐酸、碱和大气环境的侵蚀，也能耐受500℃以上的高温退火处理。
氟作为施主杂质主要以替位取代方式占据二氧化锡晶格中氧原子的格位，理论上每个氟原子会在二氧化锡导带中引入一个自由电子。
氟掺杂二氧化锡薄膜载流子浓
度可达5×10²⁰/厘米³以上，电阻率接近1×10⁻⁴欧·厘米。
此外，FTO的光学带隙超过3.6电子伏，在可见光谱范围内平均透过率超过80%，
但在近红外波段具有很高的反射率。
其制备方法主要有化学气相沉积、喷雾热解、磁控溅射等，原料廉价易得。
与常用的氧化铟锡（ITO）相比，FTO不仅同样具有高透明性和电导性，而且从稀有金属资源保护的观点来看，具有更高的利用价值。
此外，FTO的耐热性也优于ITO，使其在高温环境下仍能保持稳定的性能。
因此，氟掺杂氧化锡作为电极材料在电化学和光电化学领域得到了广泛应用。
同时，FTO还具有较低的光吸收特性和灵活的导电性能，使其能够适用于传感器、数字显示器、智能窗口涂料、催化剂支架等多种应用领域。
总的来说，氟掺杂氧化锡作为一种优秀的电极材料，在未来的科学技术发展中有着广阔的应用前景。
钙钛矿太阳能电池概述
钙钛矿太阳能电池概述英文回答：Calcium titanium oxide, also known as perovskite, is a material that has gained significant attention in the field of solar energy. Perovskite solar cells (PSCs) are a typeof solar cell that utilize this material as the light-absorbing layer. PSCs have attracted immense interest dueto their high efficiency, low cost, and ease of fabrication.One of the key advantages of perovskite solar cells is their high power conversion efficiency. PSCs have achieved impressive efficiency levels, with some laboratory-scale devices surpassing 25%. This is comparable to traditional silicon-based solar cells, which have been the dominant technology in the industry for decades. The high efficiency of PSCs is attributed to the unique properties of the perovskite material, such as its high absorptioncoefficient and long carrier diffusion length.Another advantage of perovskite solar cells is theirlow cost. The materials used in PSCs are abundant andreadily available, which makes them more cost-effective compared to silicon-based solar cells. Additionally, the manufacturing process of PSCs is relatively simple and can be carried out using low-temperature solution-based methods, which further reduces the production costs.Furthermore, perovskite solar cells offer versatilityin terms of their form factor. The perovskite material can be easily processed into thin films, which allows for the fabrication of flexible and lightweight solar panels. This opens up new possibilities for integrating solar cells into various applications, such as wearable devices, building-integrated photovoltaics, and even consumer electronics.Despite these advantages, there are still some challenges that need to be addressed before perovskitesolar cells can be widely adopted. One of the main challenges is the stability of the perovskite material. PSCs are prone to degradation when exposed to moisture, heat, and light. Researchers are actively working ondeveloping strategies to improve the stability and durability of the perovskite material, such as encapsulation techniques and the use of additives.In conclusion, perovskite solar cells have emerged as a promising alternative to traditional silicon-based solar cells. They offer high efficiency, low cost, andversatility in form factor. With further research and development, perovskite solar cells have the potential to revolutionize the solar energy industry and contribute to a more sustainable future.中文回答：钙钛矿，也被称为钙钛石，是一种在太阳能领域引起了极大关注的材料。
钙钛矿太阳能电池报告ppt课件
➢ 双源气相沉积法
➢ 顺序气相沉积法
MA : CH3NH3+
MA : CH3NH3+
Journal of Nanomaterials, vol. 2018, Article ID 8148072, 15 pages, 2018.
合成方法 — 溶液法
➢ 一步法
➢ 两步法
MA : CH3NH3+
MA : CH3NH3+
ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 42436-42443
含噻唑 240nm
界面钝化
功率转换效率
无噻唑
14%
50个太阳能电池功率转换效率直方图
含噻唑
ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 42436-42443
18%
界面钝化
目录 CONTENTS
1 历史背景
2 钙钛矿太阳能电池的基本结构
3 高效率太阳能电池的实现
4 前景及挑战
钙钛矿光伏技术的起点：
Organometal halide perovskites as visible- light sensitizers for photovoltaic cells
被《Science》杂志评为 2013 年十大科学突破之一
无噻唑 120nm
Top-view SEM images MAPbI3 films: (a, b) fabricated without thiazole; (d, e) fabricated with a thiazole additive (c, f) Histogram of the grain size for MAPbI3 films w/o and with thiazole
钙钛矿太阳能电池PPT课件
户外装备
钙钛矿太阳能电池还可用 于为户外装备提供电力， 如帐篷、野营灯等，为户 外活动提供便利。
在太空探测领域的应用
太空飞行器能源
钙钛矿太阳能电池具有高效能量 转换和轻量化的特点，适用于太 空飞行器的能源供应，为太空探 测任务提供稳定、可靠的能源支
持。
月球基地能源
在月球基地建设中，钙钛矿太阳 能电池可以作为可持续的能源解 决方案，为月球基地提供长期、
面临的挑战
稳定性
钙钛矿太阳能电池的稳定性问题是 目前最大的挑战之一，需要进一步 研究以提高其长期使用的可靠性。
毒性
部分钙钛矿材料可能对人体和 环境有害，需要寻找无毒或低 毒的替代品。
大面积制备
目前钙钛矿太阳能电池的大面 积制备还存在一定的技术难度 和挑战。
效率衰退
钙钛矿太阳能电池在长时间使 用后可能会出现效率衰退的问 题，需要进一步研究和解决。
项目目标
本项目旨在研发高效钙钛矿太阳能电池，实现产业化生产和应用，推动新能源技术的进步 和发展。
技术路线与实施方案
技术路线
本项目采用新型钙钛矿材料，通过材料合成、器件制备、性 能测试等技术手段，研发出高效钙钛矿太阳能电池。
实施方案
本项目分为材料合成、器件制备、性能测试、产业化生产四 个阶段。在每个阶段，我们将严格按照技术路线图进行实验 和测试，确保项目顺利实施。
低成本制造工艺
钙钛矿太阳能电池的制造工艺相对简 单，成本较低，有利于大规模生产和 应用。
02
钙钛矿太阳能电池的原理
钙钛矿的结构与性质
钙钛矿材料具有ABX3型晶体结 构，其中A为有机阳离子，B为 金属阳离子，X为卤素阴离子。
钙钛矿材料具有直接带隙半导 体特性，光吸收系数高，吸光 能力强。
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氧化锡和钙钛矿太阳能电池
英文回答：
Oxide tin (SnO2) is a widely used material in the field of photovoltaics, particularly in the development of perovskite solar cells. These solar cells are known as "perovskite" because they are based on a crystal structure similar to that of the mineral perovskite. The perovskite structure consists of a metal cation (such as tin) surrounded by oxygen anions in a cubic lattice.
One of the main advantages of using tin oxide in perovskite solar cells is its high electron mobility. This means that the electrons can move easily through the material, allowing for efficient charge transport. In addition, tin oxide is transparent in the visible range of the electromagnetic spectrum, which is crucial for solar cell applications. This transparency allows sunlight to pass through the material and reach the perovskite layer, where it can be converted into electricity.
Another advantage of using tin oxide in perovskite solar cells is its stability. Tin oxide is chemically stable and does not degrade easily under the harsh conditions of solar cell operation. This stability is important for the long-term performance and durability of the solar cells.
Calcium titanium oxide (CaTiO3) is another material
that has been investigated for use in perovskite solar cells. Like tin oxide, calcium titanium oxide has a perovskite crystal structure. However, it has different properties compared to tin oxide.
One of the main advantages of using calcium titanium oxide in perovskite solar cells is its high dielectric constant. This property allows for efficient charge separation and collection in the solar cell. In addition, calcium titanium oxide has a wide bandgap, which means that it can absorb a larger portion of the solar spectrum compared to other materials.
Furthermore, calcium titanium oxide has good chemical stability and can withstand the harsh conditions of solar cell operation. This stability is crucial for the long-term performance and reliability of the solar cells.
In conclusion, both tin oxide and calcium titanium oxide have unique properties that make them suitable for use in perovskite solar cells. Tin oxide offers high electron mobility and transparency, while calcium titanium oxide provides high dielectric constant and wide bandgap. These materials contribute to the efficiency and stability of perovskite solar cells, making them promising candidates for future solar energy applications.
中文回答：
氧化锡（SnO2）是光伏领域中广泛使用的材料，尤其在钙钛矿太阳能电池的研发中应用广泛。
这种太阳能电池被称为“钙钛矿”是因为它们基于类似于矿物钙钛矿的晶体结构。
钙钛矿结构由金属阳离子（如锡）和立方晶格中的氧阴离子组成。
在钙钛矿太阳能电池中使用氧化锡的主要优点之一是其高电子
迁移率。
这意味着电子可以在材料中轻松移动，实现高效的电荷传输。
此外，氧化锡在可见光范围内是透明的，这对太阳能电池应用
至关重要。
这种透明性使得阳光可以穿过材料并到达钙钛矿层，从
而将其转化为电能。
在钙钛矿太阳能电池中使用氧化锡的另一个优点是其稳定性。
氧化锡在化学上是稳定的，不容易在太阳能电池的恶劣工作条件下
发生降解。
这种稳定性对于太阳能电池的长期性能和耐久性至关重要。
钙钛矿氧化钙钛（CaTiO3）是另一种在钙钛矿太阳能电池中研
究的材料。
与氧化锡类似，钙钛矿氧化钙钛也具有钙钛矿晶体结构。
然而，它与氧化锡具有不同的性质。
在钙钛矿太阳能电池中使用钙钛矿氧化钙钛的主要优点之一是
其高介电常数。
这个性质可以实现高效的电荷分离和收集。
此外，
钙钛矿氧化钙钛具有宽带隙，这意味着它可以吸收较大比例的太阳
能光谱。
此外，钙钛矿氧化钙钛具有良好的化学稳定性，可以承受太阳
能电池的恶劣工作条件。
这种稳定性对于太阳能电池的长期性能和
可靠性至关重要。
总之，氧化锡和钙钛矿氧化钙钛都具有独特的性质，使它们适用于钙钛矿太阳能电池。
氧化锡具有高电子迁移率和透明性，而钙钛矿氧化钙钛具有高介电常数和宽带隙。
这些材料有助于钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，使它们成为未来太阳能应用的有希望的候选材料。