【摘要】：介紹了鹵鉛銨鈣鈦礦(CH3NH3Pb X3,X=Cl、Br、I)的結(jié)構(gòu)及其在新型無機(jī)-有機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽電池中的應(yīng)用,闡述了鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)與工作原理,著重從鈣鈦礦太陽電池的致密層、鈣鈦礦吸收層(有骨架層和無骨架層)及有機(jī)空穴傳輸層三個(gè)重要組成部分的材料、微結(jié)構(gòu)及制備方法等方面分析了鈣鈦礦太陽電池的研究進(jìn)展及存在的問題。并結(jié)合不同課題組的研究成果評(píng)價(jià)了鈣鈦礦太陽電池各組成部分相應(yīng)的材料、微結(jié)構(gòu)及制備方法等對(duì)太陽電池光伏性能和長期穩(wěn)定性的影響。此外還介紹并比較了反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與柔性太陽電池的光伏性能,簡(jiǎn)要討論了鈣鈦礦太陽電池的各層材料、結(jié)構(gòu)、有毒重金屬的替代、長期穩(wěn)定性等方面的發(fā)展趨勢(shì)。
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圖片說明： 第12期劉成等：鈣鈦礦太陽電池的研究進(jìn)展·3247·圖1鈣鈦礦化合物的晶體結(jié)構(gòu)質(zhì)和缺陷的良好容忍度等特性[6-9]。2009年將鹵鉛銨鈣鈦礦作為染料用于敏化納米TiO2多孔薄膜，組裝的液體電解質(zhì)染料敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為3.81%[2]。由于鹵鉛銨在染料敏化太陽電池液體電解質(zhì)中的穩(wěn)定性較差，，2012年使用有機(jī)空穴傳輸材料spiro-OMeTAD代替其中的液體電解質(zhì)，組裝的太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為9.7%[4]，從而逐步發(fā)展成為一種全新、高效率、價(jià)格便宜、制備簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)多樣的鈣鈦礦太陽電池。目前，鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率已上升到19%以上，迅速成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)之一。1鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)和工作原理鈣鈦礦太陽電池通常是由透明導(dǎo)電玻璃、致密層、鈣鈦礦吸收層、有機(jī)空穴傳輸層、金屬背電極五部分組成，其電池結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示[10]。其中鈣鈦礦吸收層有兩種結(jié)構(gòu)，分別是有骨架層的鈣鈦礦吸收層，如圖2(b)[11]和無骨架層（或稱平板結(jié)構(gòu)）的鈣鈦礦吸收層，如圖2(c)。致密層、鈣鈦礦吸收層、有機(jī)空穴傳輸層的材料組成、微結(jié)構(gòu)、性質(zhì)對(duì)太陽電池的光伏性能和長期穩(wěn)定性影響顯著。鈣鈦礦太陽電池的工作原理如圖2(d)所示[12]。鹵鉛銨鈣鈦礦化合物AMX3在光照下吸收光子，其價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶，接著將導(dǎo)帶電子注入到TiO2的導(dǎo)帶，再傳輸?shù)紽TO，同時(shí)，空穴傳輸至有機(jī)空穴傳輸層，從而電子-空穴對(duì)發(fā)生分離，當(dāng)接通外電路時(shí)，電子與空穴的移動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生電流。其中，致密層的主要作用是收集來自鈣鈦礦吸收層注入的電子，從而導(dǎo)致鈣鈦礦吸收層電子-空穴對(duì)的電荷分離；鈣鈦礦吸收層的主要作用是吸收太陽光產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，并能高效傳輸電子-空穴對(duì)、電子、空穴至相應(yīng)的致密層和有機(jī)空穴傳輸層；有機(jī)
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