鈣鈦礦太陽能電池以其高效、低成本和適合柔性器件組裝等特點(diǎn)被認(rèn)為是未來最具潛力的光伏器件之一,其最新的認(rèn)證效率已達(dá)到23.7%,幾乎可以媲美商用硅太陽能電池。但是,目前大部分高效鈣鈦礦太陽能電池都采用高溫?zé)崽幚砑{米TiO₂為電子傳輸層。高溫退火過程不僅會(huì)增加制造成本,而且不適用于柔性鈣鈦礦太陽能電池的制備。與TiO₂相比,ZnO除了具有與其相似的能帶位置和物理性質(zhì)外,還具有更高的電子遷移速率,而且可采用多種低溫技術(shù)獲得高結(jié)晶度薄膜。作為電子傳輸層,ZnO是TiO₂的理想替代材料之一。然而,在ZnO層上通常很難實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定鈣鈦礦薄膜的沉積,以致于ZnO基鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性仍舊保持在相對較低的水平。此外,為了保證效率,大部分器件的組裝和測試過程都在手套箱中完成,這阻礙了鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化。因此,實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境中高效和環(huán)境穩(wěn)定的ZnO基鈣鈦礦太陽能電池的制備仍然頗具挑戰(zhàn)。有鑒于此,本研究提出了ZnO層的室溫陳化策略,同時(shí)進(jìn)一步通過工藝優(yōu)化、Au納米棒（Au NRs）及十六烷基三甲基溴化銨（CTABr）的修飾,有效地... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

NREL認(rèn)證的最新的太陽能電池效率圖

1.2 鈣鈦礦太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池主要分為介孔型和平面型結(jié)構(gòu)[31]。介孔型鈣鈦礦太陽能電池多采用 n 型介孔 TiO2作為電子傳輸層材料，如圖 1-2a 所示。介孔型鈣鈦礦太陽能電池可以得到較高的光電轉(zhuǎn)化效率，但理想介孔結(jié)構(gòu)的形成往往需要高溫退火才能獲得。這樣不僅增加了生產(chǎn)成本，而且不宜在柔性基底上構(gòu)建鈣鈦礦太陽能電池。平面型鈣鈦礦太陽能電池主要由鈣鈦礦光吸收層、電子傳輸層、空穴傳輸層、工作電極等構(gòu)成，根據(jù)電子傳輸層和空穴傳輸層的沉積順序可分為正裝結(jié)構(gòu)和倒裝結(jié)構(gòu)[32, 33]。正裝結(jié)構(gòu)平面型鈣鈦礦太陽能電池如圖 1-2b所示，其制備過程是首先在導(dǎo)電玻璃基底上旋涂電子傳輸層，然后是鈣鈦礦光吸收層，之后依次旋涂空穴傳輸層和對電極。而倒裝結(jié)構(gòu)平面型鈣鈦礦太陽能電池則如圖 1-2c 所示，它的制備過程與正裝結(jié)構(gòu)相反，依次在導(dǎo)電玻璃基底上旋涂空穴傳輸層、光吸收層、電子傳輸層和對電極[34]。倒裝結(jié)構(gòu)平面型鈣鈦礦太陽能電池?zé)o需經(jīng)過高溫處理，且適合柔性基底，同時(shí)遲滯效應(yīng)較小，但所得鈣鈦礦太陽能電池器件的效率相對較低[35]。正裝結(jié)構(gòu)平面型鈣鈦礦太陽能電池可以獲得較高的光電效率，但其穩(wěn)定性、遲滯效應(yīng)等問題還需要進(jìn)一步完善。

材料統(tǒng)稱為鈣鈦礦。如圖 1-3a 所示，應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦分子中，A 代表一價(jià)有機(jī)陽離子 CH3NH3+(MA+)或 HC(NH2)2+(FA+)，B代表 Pb2+或 Sn2+等二價(jià)金屬陽離子，X 代表 Cl-、Br-或 I-鹵素陰離子。A+與 12個(gè) X-配位形成立方八面體結(jié)構(gòu)，B 陽離子與 6 個(gè) X-配位形成正八面體結(jié)構(gòu)[37,38]。目前，研究最為廣泛的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦包括甲胺碘化鉛（MAPbI3）、鹵素混合的鈣鈦礦（MAPbI3 xClx和 MAPbI3 xBrx）及甲脒碘化鉛（NH2CHNH2PbI3,FAPbI3）[39, 40]。鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可以根據(jù)容忍因子 t 和八面體因子 μ 來進(jìn)行推測。t 的值可以根據(jù)公式 1-1 計(jì)算得到： = + √2( + )（1-1）其中，rA、rB和 rX分別為 A、B 和 X 離子的有效離子半徑[41]。而 μ 為 rB和 rX的比值。一般地，對于鹵化物鈣鈦礦材料 0.81 < t < 1.11 而 0.44 < μ < 0.90[42]。如果 t 值位于較窄范圍（0.89-1.0）時(shí)，可得到如圖 1-3a 所示的立方結(jié)構(gòu)。t 的值越小，四方或者正交結(jié)構(gòu)的對稱性越差。常用有機(jī)-無機(jī)鹵素鈣鈦礦的 t 和 μ值如圖 1-3b 所示[37]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]MgO/α-Al2O3單晶襯底上磁控濺射Pt外延薄膜微結(jié)構(gòu)觀測分析[J]. 張祎楊,朱華星,姬洪,王瑞雪,張婷,李魯濤,邱曉燕.  科學(xué)通報(bào). 2016(09)
[2]鈣鈦礦太陽能電池研究進(jìn)展[J]. 白宇冰,王秋瑩,呂瑞濤,朱宏偉,康飛宇.  科學(xué)通報(bào). 2016(Z1)
[3]ABX3型鈣鈦礦光伏材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)調(diào)控[J]. 陸新榮,趙穎,劉建,李承輝,游效曾.  無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2015(09)
[4]鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀[J]. 趙雨,李惠,關(guān)雷雷,吳嘉達(dá),許寧.  材料導(dǎo)報(bào). 2015(11)
[5]鈣鈦礦太陽電池研究進(jìn)展:薄膜形貌控制與界面工程[J]. 薛啟帆,孫辰,胡志誠,黃飛,葉軒立,曹鏞.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2015(03)
[6]鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸材料的研究進(jìn)展[J]. 丁雄傑,倪露,馬圣博,馬英壯,肖立新,陳志堅(jiān).  物理學(xué)報(bào). 2015(03)
[7]鈣鈦礦太陽能電池:光伏領(lǐng)域的新希望[J]. 魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國忠,俞大鵬.  中國科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2014(08)
[8]全球太陽能電池專利發(fā)展?fàn)顩r研究[J]. 羅天雨.  競爭情報(bào). 2010(04)
[9]棒狀金納米粒子的制備及其光譜特性[J]. 王平波,宋玉哲,杜雪巖,劉國漢.  稀有金屬材料與工程. 2010(09)
[10]ZnO薄膜的XPS價(jià)帶譜研究[J]. 李萬程,杜國同,楊小天,劉博陽,張?jiān)礉?趙佰軍,姜秀英.  高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報(bào). 2004(11)



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