摘 要 摘 要 杂化卤化铅钙钛矿太阳能电池目前已经取得了革命性的发展，体现在以下几个方面相比于其他电池效率有高达15%至16%的优势，研究方案解决了在低温下制备器件的问题，从经济方面看，生产成本低，从结构来看，通用钙钛矿结构ABX3的兼容性很高，可以通过简单修改元素A，B和X来制造出不同性能的钙钛矿材料。迄今为止，钙钛矿太阳能电池探索出的最高效率是用甲基铵（MA）作为A元素，Pb作为B元素Br、Cl作为X元素。然而，最近实现的基于甲脒而不是MA的实验获得了22％以上的效率，这证明了钙钛矿材料对光伏技术的通用性。 本文使用旋涂法制备TiO2薄膜，经高温形成致密电子传输层，然后旋涂PbI2的DMF溶液，70℃退火后浸泡在CH3NH3I的异丙醇溶液中，取出吹干后置于100℃退火，形成钙钛矿层，最后旋涂HTM空穴传输层，自然晾干，蒸镀电极后测试光电性能。关键词钙钛矿 光电转换 旋涂法制备
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2钙钛矿简介 2
1.3钙钛矿太阳能电池的内部结构 3
1.4钙钛矿太阳能电池的工作原理 4
1.5钙钛矿太阳能电池的材料 7
1.5.1 电子传输层材料 7
1.5.2 空穴传输层材料 7
1.6钙钛矿太阳能电池性能的测定 9
1.6.1钙钛矿太阳能电油的等效电路图 9
1.6.2 钙钛矿太阳能电池的评估方法 9
第二章 钙钛矿太阳能电池的制备和光电特性 12
2.1 实验的意义 12
2.2实验试剂及仪器 12
2.3 钙钛矿太阳能电池的制作过程： 13
2.4 SEM表征和光电特性的测定 16
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
第一章 绪论
1.1研究背景
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现如今，全世界的能源已经逐渐枯竭，不可再生能源比如石油、煤炭、天然气等等已经越用越少，而且它们会对环境造成严重的污染，还导致全球气候变暖，所以，人们对清洁可再生能源的需求就变得十分迫切。核电虽然能够提供大量的能源，不过它的隐患也是巨大的，之前几次核泄漏事件都引起了国际上的恐慌，所以对自然能源的利用成为了最佳选择，风能是一个不错的选择，不过风车受到地形和气候的影响，不利于普及，而太阳能恰恰可以弥补这些缺点，它在全球范围内普遍存在，几乎取之不尽、用之不竭，而且清洁无污染，[1] 所以科学家们都在着手研究如何提高太阳能的利用率。硅太阳能电池上市已久，不过面对日益增加的市场需求量，它的弊端也逐渐暴露出来，比如效率不高、原材料制作污染大等等，经过科学家们的不断探索，薄膜太阳能电池应运而生，拥有钙钛矿结构的薄膜电池成本低、效率高、污染少，很快成了科学家们的研究重点。
2009年，Akihiro Kojima[2] 把CH3NH3PbBr3的尺寸缩小到了量子级别，只有910nm，然后把它应用到染料敏化电池，也就是DSSC中，研究在太阳光的波段范围内，它和TiO2制作的光阳极材料所形成的钙钛矿太阳能电池的光电特性，当时效率达到了3.8%，吸引了许多科学家们的目光，并开始着手研究这一领域。2011年的时候，经过科学家们对量子点的不断优化改进，把它缩小到了23nm，从而使得光电转换效率提升到了6.54%，[3] 几乎翻了一倍，不过由于电池内部是液态电解质，而里面的金属卤化物会发生溶解，导致电池的稳定性很差，使用寿命短，这毫无疑问是需要攻克的难关。到了2012年，科学家们第一次把一种固态空穴传输材料应用到电池中来，也就是HTM，这一举措取得了惊人的成果，使得光电转换效率突破了10%，[4] 固态传输层很好的解决了电池封装性、稳定性的问题，使电池能够投入到实际应用中去，这引起了更多的科学家来研究这个课题，引发了科学界的研究热潮。在如此多科学家的不懈努力下，2013年，效率提升到15%，[5] 2014年，效率突破了惊人的20%，从微观结构中去研究钙钛矿太阳能电池的光电性能，通过改变界面构造和元素组成来提高电池的稳定性和效率成了目前最重要的课题之一。
近年来，有机无机钙钛矿已经成为成本低、稳定性高和转换效率高的太阳能电池制作材料。尽管它们在加工上具有这么多的优点，但是在实现商业化之前，还有许多技术方面的难题，比如有机无机杂化钙钛矿材料在湿度、温度、光照和氧气的环境中的稳定性较差，这是必须要克服的。当前最先进的技术，是通过取代A阳离子和X阴离子来改善钙钛矿材料的化学稳定性以及光电转换效率，以此来实现钙钛矿太阳能电池的稳定性前所未有的提高，为钙钛矿材料的合理设计开辟新的视角，为在室外应用创造出前所未有的稳定性的钙钛矿太阳能电池。
1.2钙钛矿简介
钙钛矿最初是被一位俄国科学家发现的，为了纪念他，用他的名字Perovskite来命名。无机有机杂化卤化铅钙钛矿的分子通式为AMX3（其中A为有机铵阳离子，M为Pb2+ 或Sn2+，X为卤素阴离子）。阳离子A的大小对能隙的影响至关重要，可用于形成紧密堆积的钙钛矿结构;尤其是阳离子A必须适合于由四个相邻角共享的空间形成八面体结构。常见的无机有机卤化铅钙钛矿材料有碘化甲基铵（MAPbI3），具有约1.51.6eV的带隙和高达800nm波长的光吸收光谱,所以它对可见光的吸收率特别高，厚度达到300nm的钙钛矿层就可以吸收照射到材料表面几乎所有的光子。如果将甲酰胺阳离子（FA）替换掉甲铵阳离子（MA），由于甲酰胺阳离子的半径较大，会增加离子间的距离，引起晶格扭曲。从而改变能隙，使之降低到1.431.48eV，所以 MAPbI3和FAPbI3的结构和光电差异可能源于MA（1.8A°）和FA离子（1.92.2A°）的离子半径差异。同样的，改变M和X离子也能改变材料的能隙。把Sn2+替代Pb2+离子，材料的吸收光谱发生了红移，但是含Sn2+的钙钛矿转换效率却没有Pb2+高，这是源于含Sn2+的钙钛矿旋涂的膜质量较低，而且它的稳定性相比Pb2+较差，所以转换效率要低于含Pb2+的钙钛矿。改变X卤素阴离子，钙钛矿的能隙会随着半径的增加荧光发生发生红移而减小，除了整体代换外，还可以通过改变元素的比例来增加载流子的扩散距离，实验证明距离会高出整整一个量级，由于配比方式多种多样，其中的原理了引发科学家们的不懈探索。

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