在過(guò)去的幾年里,有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料由于其直接帶隙、吸收系數(shù)高、雙極性載流子擴(kuò)散、弱激子束縛能和長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度等優(yōu)勢(shì),成為制備低成本、高效率的太陽(yáng)能電池最有前途的材料之一。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池從2009年發(fā)展至今,其效率從最初的3.8%迅速增長(zhǎng)到22.1%,達(dá)到多晶硅電池的水平。盡管鈣鈦礦材料有諸多固有優(yōu)勢(shì),且鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展取得了巨大進(jìn)步,但依舊迫切需要發(fā)明一種簡(jiǎn)單、可控的鈣鈦礦制備工藝,實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜的高質(zhì)量和重現(xiàn)性。本文對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的鈣鈦礦光吸收層進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)和分析。其主要工作和成果如下:（a）為了避免在常規(guī)一步旋涂法制備基于平面襯底的鈣鈦礦薄膜過(guò)程中產(chǎn)生不可控的非連續(xù)覆蓋的薄膜形貌,我們通過(guò)溶劑工程對(duì)一步法工藝進(jìn)行改進(jìn)制備出了表面幾乎全覆蓋的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。首先,我們通過(guò)在MAPb I3/DMF前驅(qū)體溶液中加入適量HI水溶液提高M(jìn)APb I3在DMF/HI混合溶劑的溶解度,延長(zhǎng)MAPb I3在旋涂過(guò)程中的成核時(shí)間,制備出了相對(duì)致密但表面未完全覆蓋的MAPb I3鈣鈦礦薄膜。原因是在MAPb I3晶體開(kāi)始成核時(shí),DMF/HI混合溶劑中更高的MAPb I3... 

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太陽(yáng)能電池分類和研究進(jìn)展[5]

圖 1.2 （a）光電效應(yīng)；（b）光伏效應(yīng).2.2 光生電流和量子效率太陽(yáng)能電池在光照條件下產(chǎn)生的光生電流 Jph由入射光強(qiáng) bs和電池性能共同定。光生電流 Jph和短路電流 Jsc相等，可表示為 = = ∫ ( ) ∞0( ， )dE (1.1)中 q 電子電荷量為 1.6×10-19C；量子效率 QE 是光子能量 E 的函數(shù)，表示能量 E 的電子，產(chǎn)生電子躍遷進(jìn)入到外部電路的概率；bs入射光強(qiáng)表示單位時(shí)間，單位面積上，能量在 E 到 E+dE 范圍內(nèi)的光子數(shù)目，bs與太陽(yáng)溫度 Ts有關(guān)。量子效率 QE(E) 的大小取決于材料對(duì)光子的吸收效率以及載流子的分離和運(yùn)效率。由式 1.1 可知，短路電流 Jsc的大小取決于入射光強(qiáng) bs(E) 和量子效 QE(E) 乘積的積分。

式中，Jo是反向飽和電流；kB是玻爾茲曼常數(shù) 1.38×10-23J/K。太陽(yáng)能電池伏安特性中的電流 J(V)是光生電流 Jph與反向的暗電流 Jdark的疊加，如圖 1.3（b）所示： ( ) = ( ) (1.3) ( ) = exp( ) 1 (1.4)式 1.3 可以和理想太陽(yáng)能電池的等效電路對(duì)應(yīng)，等效電路如圖 1.3（a）所示。當(dāng)電路斷開(kāi)時(shí)，J(V)=0，V→Voc，Voc為開(kāi)路電壓（即光生電壓 Vph），此時(shí) Jsc=Jdark，由式 1.4 可得： = = ln( 01) (1.5)由公式 1.1 可知，Jsc與入射光強(qiáng) bs成正比，那么根據(jù)式 1.5 可以得知 Voc與入射光強(qiáng) bs的對(duì)數(shù)成正比。


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