鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（Perovskite Solar Cells,PSCs）自2009年第一次被發(fā)明以來(lái),經(jīng)過(guò)短短9年的發(fā)展,能量轉(zhuǎn)換效率（Power Conversion Efficiency,PCE）就達(dá)到了硅太陽(yáng)能電池的水平,并有望繼續(xù)突破,成為新一代太陽(yáng)能電池。目前,高效率的PSCs主要為含空穴傳輸層（Hole Transport Layer,HTL）結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)的電池所用的HTL材料成本高昂,穩(wěn)定性較差,同時(shí)需要貴金屬金（Au）、銀（Ag）等作為電極材料,不利于電池的低成本、大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。而不含HTL的碳電極PSCs制備成本低、制備工藝簡(jiǎn)單,易于工業(yè)化生產(chǎn)。但目前為止,碳電極PSCs的效率較低,尚不能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn),因此提升電池PCE是研究的關(guān)鍵。本文從實(shí)驗(yàn)研究和理論模擬兩方面研究了碳電極PSCs的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝,并進(jìn)一步揭示了影響電池性能的關(guān)鍵因素,主要研究?jī)?nèi)容如下:1、優(yōu)化了碳電極PSCs的初始制備方案,確定70℃作為碘化鉛（PbI₂）前驅(qū)液的最佳使用溫度,鈣鈦礦薄膜的退火溫度從70℃調(diào)整為100℃。PbI₂前驅(qū)液和甲基碘... 

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【部分圖文】：

鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)

圖1-2 PSCs基本結(jié)構(gòu)：(a)介觀結(jié)構(gòu)，(b)平面n-i-p結(jié)構(gòu)，(c)無(wú)空穴傳輸層結(jié)構(gòu)，(d)平面p-i-n結(jié)構(gòu)[6]關(guān)于 PSCs 的研究工作較多，許多不同結(jié)構(gòu)的電池均能展現(xiàn)出良好的性能。根據(jù)電池的工作原理和研究熱度，可將電池大致分為 4 種結(jié)構(gòu)：介觀結(jié)構(gòu)、平面n-i-p 結(jié)構(gòu)、無(wú)空穴傳輸層結(jié)構(gòu)、平面 p-i-n 結(jié)構(gòu)。其中前三種結(jié)構(gòu)又可稱為正置結(jié)構(gòu)，電池各層的制備順序依次為 ETL、鈣鈦礦層、HTL，最后一種結(jié)構(gòu)又可稱為倒置結(jié)構(gòu)，電池各層的制備順序依次為 HTL、鈣鈦礦層、ETL。圖 1-2(a)為介觀結(jié)構(gòu)，也是最早出現(xiàn)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中鈣鈦礦材料填充在介孔層之中，介孔層起到了骨架的作用，用于支撐鈣鈦礦材料，有些介孔材料（如二氧化鈦，TiO2）也同時(shí)幫助傳輸電子[7]。鈣鈦礦層之上是 HTL，起到了傳輸空穴、隔離電子的作用。鈣鈦礦層之下是電子傳輸層(Electron Transport Layer，ETL)，起到了傳輸電子、隔離空穴、抑制電子空穴復(fù)合的作用。最終電子和空穴分別經(jīng)由導(dǎo)電基底和電極流入外電路，為負(fù)載供電。圖 1-2 (b)為平面 n-i-p 結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與介觀結(jié)構(gòu)的唯一不同在于，它不需要介孔層作為骨架材料來(lái)支撐鈣鈦礦層。ETL、鈣鈦

它各層材料來(lái)說(shuō)要昂貴許多。HTL 材料一般為有機(jī)分子聚合物，這類成困難、成本高昂，但是性能出眾。一些廉價(jià)無(wú)機(jī)材料雖然也能作為 ，但電池效率卻大打折扣。電極材料一般為貴金屬，如 Au、Ag 等。無(wú)層結(jié)構(gòu)的電池直接省去了 HTL，電極材料也可用廉價(jià)穩(wěn)定的碳材料來(lái)代電池的制備流程和所需設(shè)備也得到了簡(jiǎn)化，電池成本因而大幅降低。本電池就是基于碳電極的無(wú)空穴傳輸層 PSCs。圖 1-2(d)為平面 p-i-n 結(jié)構(gòu)構(gòu)與平面n-i-p結(jié)構(gòu)正好相反，ETL在鈣鈦礦層之上，HTL在鈣鈦礦層之結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)就在于電池能夠低溫制備。在圖 1-2(a)-(c)結(jié)構(gòu)中，由于一般選用需要經(jīng)過(guò)高溫（約 500 ℃）燒結(jié)制備的 TiO2，而鈣鈦礦材料度約為 140 ℃[10]，所以電池的制備需要先制備 ETL，而后制備鈣鈦礦 p-i-n 結(jié)構(gòu)的電池采用了不同的 ETL 材料，無(wú)需經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，因此可鈦礦層之后再制備 ETL，這樣一種倒置的構(gòu)型也因此形成。低溫制備不制備成本，同時(shí)還簡(jiǎn)化了制備工序，這更符合第三代太陽(yáng)能電池的要求.2 PSCs的工作原理

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光照穩(wěn)定性研究（英文）[J]. 董旭,房香,呂明航,林本才,張帥,王瑩,袁寧一,丁建寧.  Science Bulletin. 2016(03)

博士論文
[1]鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料及制備工藝研究[D]. 朱立峰.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所) 2017

碩士論文
[1]混合溶劑退火誘導(dǎo)鈣鈦礦結(jié)晶及其在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用與研究[D]. 余浩.蘇州大學(xué) 2016



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