發(fā)布時(shí)間：2020-12-18 09:34

　　近年來(lái),鈣鈦礦太陽(yáng)能電池發(fā)展迅猛,其光電轉(zhuǎn)換效率已從剛開(kāi)始的2.19%到如今的23.2%。介孔型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率,而其中的介孔層起著關(guān)鍵作用。本文介紹了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作機(jī)理,綜述了各種介孔層材料的優(yōu)缺點(diǎn)及其對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率和遲滯效應(yīng)的影響,并淺談了其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 

【文章來(lái)源】：材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2020年05期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖（a）平面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池；（b）介孔型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

MPSC最大的特點(diǎn)就是光陽(yáng)極利用三維網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行光子捕獲和電荷傳遞[9]，這種多孔結(jié)構(gòu)不僅為鈣鈦礦吸光層的生長(zhǎng)提供了一個(gè)多孔基底，有助于它形成平整連續(xù)的薄膜，而且大多數(shù)介孔（半導(dǎo)體）材料作為電子傳輸材料對(duì)鈣鈦礦層分離傳輸過(guò)來(lái)的電子進(jìn)行輸運(yùn)。因此，高效的介孔層材料一般具有以下特征：（1）合適的能級(jí)。介孔材料的最低空軌道能級(jí)（LUMO）要低于鈣鈦礦的導(dǎo)帶，以保證電子的有效傳輸，而最高電子占據(jù)能級(jí)（HOMO）要低于鈣鈦礦的價(jià)帶，以阻擋空穴的傳輸，從而避免電荷復(fù)合，提高電池的效率和壽命。（2）適當(dāng)?shù)奈辗秶ｂ}鈦礦材料見(jiàn)紫外光易分解，選擇能將紫外光轉(zhuǎn)變成可見(jiàn)光的介孔層材料，不僅有利于提高電池穩(wěn)定性，而且可以拓展光譜吸收范圍。（3）較高的遷移率，以保證把鈣鈦礦層的電子快速傳遞到導(dǎo)電玻璃。（4）形成的薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性和疏水性，以延緩鈣鈦礦的熱解和水解，從而提高電池的穩(wěn)定性。總之，介孔層材料種類(lèi)繁多，選用優(yōu)良的介孔層材料以改善PSC的性能極其重要。下面將詳細(xì)討論各種常用介孔層材料及其MPSC器件的研究進(jìn)展。3.1 二氧化鈦（TiO2)

再者，TiO2的低電子遷移率一直是限制其器件PCE的重要問(wèn)題，PSC的遲滯現(xiàn)象也是限制其實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。為此，Jin等[16]將Li摻入TiO2介孔層中，研究發(fā)現(xiàn)Li-TiO2在電子性質(zhì)、遷移率和電導(dǎo)率等方面較純TiO2器件均有所改善。從圖3(a)[16]可見(jiàn)：相對(duì)于TiO2介孔層器件，以Li-TiO2為介孔層的器件不僅具有更高的PCE，而且遲滯現(xiàn)象要小得多。這可能是由于Li+夾層降低了m-TiO2的導(dǎo)帶邊緣，從而促進(jìn)高效的電子注入和運(yùn)輸，減少了TiO2表面的電子陷阱和TiO2/perovskite界面的載流子復(fù)合。Sidhik等[17]則采用Co摻雜TiO2介孔層的方法，探究了摻雜濃度對(duì)器件性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻雜物質(zhì)摩爾百分比為0.3%時(shí)器件性能最佳。從圖3(b)[17]可以看出，以Co-TiO2為介孔層的器件不僅效率高于純TiO2器件，而且?guī)缀鯖](méi)有遲滯現(xiàn)象。可能是由于Co3+替位了Ti 4+，鈍化了由氧空位而造成的電子陷阱，從而減少電荷捕獲，大大減弱滯后效應(yīng)。近期，Jeon等[4]采用旋涂法將商用TiO2漿料稀釋后旋涂于致密層之上，之后在大氣環(huán)境下500℃退火1h，制得的m-TiO2作為介孔層，制備結(jié)構(gòu)為FTO/c-TiO2/m-TiO2/（FAPbI3)0.95(MAPbBr3)0.05/DM/Au的混合型鈣鈦礦器件，獲得23.2%的PCE，是目前最高PSC效率，這已能與很多薄膜類(lèi)太陽(yáng)能電池和硅基太陽(yáng)能電池的效率媲美。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用[J]. 張鵬飛,王小平,王麗軍,張慶遠(yuǎn),楊麗萍,馬全善.  材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2017(06)
[2]A hole-conductor-free,fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability[J].   Science Foundation in China. 2014(02)
[3]有序多孔結(jié)構(gòu)二氧化鈦薄膜的制備和應(yīng)用[J]. 趙莉南,王藜,胡曉斌,張荻.  材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2011(06)
[4]氧化鋅納米材料的機(jī)械法制備及其光學(xué)性能研究[J]. 韓光強(qiáng),王樹(shù)林,陳星建,洪勇.  上海理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2008(06)
[5]納米多孔SiO2-TiO2復(fù)合薄膜的制備及研究[J]. 曲典,姚蘭芳,朱永安,岳春曉.  上海理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2006(02)

博士論文
[1]單基板全固態(tài)介觀太陽(yáng)能電池研究[D]. 徐覓.華中科技大學(xué) 2014

碩士論文
[1]二氧化錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備及光電性能研究[D]. 周培.華僑大學(xué) 2016



本文編號(hào)：2923775