钙太矿太阳能电池讲述.ppt

钙钛矿太阳能电池 成品 发展历程 2009年， Akihiro Kojima首次将CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3应用到太阳能电池中(染料敏化太阳能电池），获得了3.8%的光电效率 2011年[2]，研究者将实验方案进行了改进与优化，制备的CH3NH3PbI3量子点达到2-3nm,电池效率增加了一倍达到了6.54% 2012年[3]，科学家将一种固态的空穴导体材料(HTM)引入到太阳能电池中，使得电池效率达到10%左右。 2013年， Hui-Seon Kim等人将spiro-OMeTAD作为空穴导体材料应用到太阳能电池中，有效实现了电池效率的提升 如今，转换效率已接近20% 结构 钙钛矿是指一类陶瓷氧化物，其分子通式为ABO3 ，A位一般是 稀土或碱土元素离子，B位为过渡元素离子，A位和B位皆可被半径相近的其他金属离子部分取代而保持其晶体结构基本不变 钙钛矿晶型（ABX3）的有机金属卤化物吸光材料。A为甲胺基（CH3NH3），B为金属铅原子，X为氯、溴、碘等卤素原子，最常见的是碘化铅甲胺（CH3NH3PbI3），几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800 nm以下的太阳光。不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且损失小，能够实现高效率 光电效应 物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出 共价键上流失一个电子，在共价键上留下空位。即共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴。 半导体吸收特定光子后，会激发出自由电子。随着电子浓度的增高而扩散，就有可能空穴复合。光吸收层两侧连电子传输层和空穴传输层就是要把他们尽快地分开并传输到各自的电极上去 太阳能电池的发展 第一代是硅晶太阳能电池 第二代是薄膜太阳能电池（硫化镉。砷化镓 碲化镉 铜铟镓） 第三代是高效薄膜太阳能电池（染料敏化太阳能电池，有机薄膜太阳能电池，钙钛矿太阳能电池） 传统硅晶太阳能板因原料硅土昂贵，且制造过程会产生非常严重污染 硅晶太阳能电池光电转化效能高，单晶硅商业光电转换率为16%~20%，但用高纯硅制做，制程必须耗费大量的电力，其电费至少要五年才能回收，加上原料硅土昂贵、冶炼多用煤炭做燃料，提纯是会产生大量硅氯化合物，污染高。特别在中国尤为严重。 多晶太阳能电池虽然制作简单，节约电耗，但使用寿命较单晶硅短，效率更低，大约在12%左右。 第二代太阳能电池虽然转换效率高。但所用的材料，砷化镓 碲化镉 铜铟硒。是稀有金属，产量不多，而且镉，镓，这些元素会对环境造成危害。 非晶硅则效率低，在强光下效率会衰退。 第三代太阳能电池中，有机薄膜太阳能电池制作简单，廉价，但效率太低，寿命短。 研究方向 现在的有机金属卤化物钙钛矿材料含有铅元素（ 因为电池中，碘化铅甲胺易溶解，铅会从中流出），造成环境污染，再很多国家禁止使用这种材料。所以需要选择铅的替代品 研究方向 现今使用的与有机金属卤化物钙钛矿吸光层想匹配的是有机传输空穴材料Spiro-OMeTAD，其合成价格很高（大约是黄金价格的几倍），需要寻找更优更廉价的替代材料。 研究方向 报导的高转化效率的有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池都局限于小面积制备（零点几平方厘米），而更大面积的电池转换效率会急剧下降。  不能大面积制备，很难在较大面积的基底上沉积超薄薄膜而不产生孔洞 理论最高转化效率为40%，如今制作出来的钙钛矿太阳能电池只是接近20%。  参考资料 1，马丁?格林著，李秀文，谢洪礼等翻译《太阳能工作原理，工艺和系统的应用》 2，卢金军，《太阳能电池的研究现状和产业发展》 3，光伏领域的新明星————钙钛矿型太阳能电池 李洪义——《中国材料进展》, 4，百度百科 谢谢观看