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

【文章來源】：材料科學與工程學報. 2020年05期 北大核心

【文章頁數】：9 頁

【部分圖文】：

鈣鈦礦太陽能電池的結構示意圖（a）平面鈣鈦礦太陽能電池；（b）介孔型鈣鈦礦太陽能電池

MPSC最大的特點就是光陽極利用三維網狀多孔結構進行光子捕獲和電荷傳遞[9]，這種多孔結構不僅為鈣鈦礦吸光層的生長提供了一個多孔基底，有助于它形成平整連續(xù)的薄膜，而且大多數介孔（半導體）材料作為電子傳輸材料對鈣鈦礦層分離傳輸過來的電子進行輸運。因此，高效的介孔層材料一般具有以下特征：（1）合適的能級。介孔材料的最低空軌道能級（LUMO）要低于鈣鈦礦的導帶，以保證電子的有效傳輸，而最高電子占據能級（HOMO）要低于鈣鈦礦的價帶，以阻擋空穴的傳輸，從而避免電荷復合，提高電池的效率和壽命。（2）適當的吸收范圍。鈣鈦礦材料見紫外光易分解，選擇能將紫外光轉變成可見光的介孔層材料，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。下面將詳細討論各種常用介孔層材料及其MPSC器件的研究進展。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的重要問題，PSC的遲滯現象也是限制其實際應用的關鍵因素。為此，Jin等[16]將Li摻入TiO2介孔層中，研究發(fā)現Li-TiO2在電子性質、遷移率和電導率等方面較純TiO2器件均有所改善。從圖3(a)[16]可見：相對于TiO2介孔層器件，以Li-TiO2為介孔層的器件不僅具有更高的PCE，而且遲滯現象要小得多。這可能是由于Li+夾層降低了m-TiO2的導帶邊緣，從而促進高效的電子注入和運輸，減少了TiO2表面的電子陷阱和TiO2/perovskite界面的載流子復合。Sidhik等[17]則采用Co摻雜TiO2介孔層的方法，探究了摻雜濃度對器件性能的影響。研究發(fā)現，當摻雜物質摩爾百分比為0.3%時器件性能最佳。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]有遲滯現象。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。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，制備結構為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太陽能電池和硅基太陽能電池的效率媲美。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]稀土上轉換發(fā)光在鈣鈦礦太陽能電池中的應用[J]. 張鵬飛,王小平,王麗軍,張慶遠,楊麗萍,馬全善.  材料科學與工程學報. 2017(06)
[2]A hole-conductor-free,fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability[J].   Science Foundation in China. 2014(02)
[3]有序多孔結構二氧化鈦薄膜的制備和應用[J]. 趙莉南,王藜,胡曉斌,張荻.  材料科學與工程學報. 2011(06)
[4]氧化鋅納米材料的機械法制備及其光學性能研究[J]. 韓光強,王樹林,陳星建,洪勇.  上海理工大學學報. 2008(06)
[5]納米多孔SiO2-TiO2復合薄膜的制備及研究[J]. 曲典,姚蘭芳,朱永安,岳春曉.  上海理工大學學報. 2006(02)

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

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



本文編號：2923775