2015平面异质结有机_无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展_王福芝.pdf

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 64, No. 3 (2015) 038401 专题: 新型太阳能电池专题 平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳 电池研究进展 王福芝 谭占鳌 戴松元 李永舫 1)(华北电力大学新型薄膜太阳电池北京市重点实验室, 北京 102206) 2)(华北电力大学能源的安全与清洁利用北京市重点实验室, 北京 102206) 3)(中国科学院化学研究所有机固体实验室, 北京 100190) ( 2014 年10 月20 日收到; 2014 年11 月21 日收到修改稿) 高效低成本太阳电池的研发是太阳能光伏技术大规模推广应用的关键. 近年来兴起的有机- 无机杂化钙 钛矿(以下简称钙钛矿) 太阳电池因具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点, 引起了学术界和产业界 的广泛关注, 具有广阔的发展前景. 其中平面异质结钙钛矿太阳电池因具有结构简单, 可低温制备等诸多优 点, 成为目前研究的一个重要方向. 平面异质结钙钛矿太阳电池分为n-i-p 型和p-i-n 型两种结构. 其中钙钛矿 分别与电子传输层和空穴传输层形成两个界面, 在这两个界面上实现电子和空穴的快速分离. 电子传输层和 空穴传输层分别为电子和空穴提供了独立的输运通道. 平面异质结结构有利于钙钛矿太阳电池中电子和空穴 的分离、传输和收集. 此外, 该结构不需要高温烧结的多孔结构氧化物骨架, 扩大了电子和空穴传输材料的选 择范围. 可以根据钙钛矿材料的能带分布及载流子传输特性, 来选择能级和载流子传输速率更为匹配的传输 材料. 本文对钙钛矿的材料特性, 平面异质结结构的由来及发展进行了简要的概述. 其中重点介绍了平面异 质结钙钛矿太阳电池的结构特征、工作机理、钙钛矿/ 电荷传输层的界面特性, 以及电池性能的优化, 包括钙钛 矿薄膜制备、空穴和电子传输层的优化等. 最后对钙钛矿电池的发展前景及存在问题进行了阐述, 为今后高 效、稳定钙钛矿太阳电池的研究提供参考. 关键词: 钙钛矿太阳电池, 平面异质结, 电子传输层, 空穴传输层 PACS: 84.60.Jt, 79.60.Jv, 84.60.Bk, 82.45.Yz DOI: 10.7498/aps.64.038401 丰富太阳电池的种类和拓展其应用范围, 人们逐渐 1 引 言 将目光转向低成本、低能耗、环境友好、原料丰富 的新型太阳电池的开发. 其中聚合物和染料敏化 能源和环境是当前人类面临的最迫切需要解 太阳电池, 由于具有原料成本低和制备工艺技术 决的问题, 加快开发利用可再生能源已成为国际社 简单等优点而备受关注, 目前光电转换效率达到 会的共识. 太阳能以其廉价易得、无污染、应用范围 10%—13% 12 . 但这两类电池光吸收材料存在激 广等优点而成为21 世纪最重要的新能源之一. 太 子束缚能大、激子扩散距离短和电荷载流子迁移率 阳能光伏发电是近年来太阳能开发利用中发展最 低等问题, 效率进一步提升的空间有限. 近年来, 快、最具活力的应用方式. 以硅电池为代表的无机 基于有机金属卤化物钙钛矿材料的太阳电池以其 光伏发电技术日益成熟, 已经实现了商业化. 为了 效率高、结构简单、成本低等优点引起了人们的广 国家自然科学基金(批准号: 、高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20130036110007)、新 世纪优秀人才支持计划(批准号: