钙钛矿太阳电池的工作机理及性能的主要影响因素.pdf

Vol.36 高等 学校 化 学 学报 No.4 2015年4 月 摇 摇 摇 摇 摇 摇 CHEMICALJOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES摇 摇 摇 摇 摇 摇 595~607 [综合评述]摇 摇 doi:10.7503/ cjc 钙钛矿太阳电池的工作机理及性能的 主要影响因素 钱摇 柳,丁黎明 (国家纳米科学中心,北京100190) 摘要摇 本文综合评述了钙钛矿太阳电池的重要研究成果,解释了其工作机理并总结了影响电池性能的关键 因素:钙钛矿化学组成、结晶与形貌、传输层、 电极和体异质结等. 对钙钛矿太阳电池的未来发展进行了 展望. 关键词摇 钙钛矿太阳电池;组成;结晶;形貌;传输层;电极;体异质结 中图分类号摇 O649.4 摇 摇 摇 摇 文献标志码摇 A摇 摇 摇 摇 随着世界人口的增长、工业的发展和城市化步伐的加快,全球范围的能源消耗持续增长,环境污 染日益严重,用清洁的可再生能源替代传统能源迫在眉睫. 但如何高效、环保地利用这些能源在理论 和技术上都仍是一个挑战. 太阳能因为分布广泛、用之不竭而备受关注. 太阳能最主要的利用方式是 太阳电池. 硅基太阳电池被称作第一代太阳电池, 目前,晶硅太阳电池以89%的市场份额位居光伏产 业首位. 其中,单晶硅太阳电池的能量转换效率(PCE)最高,技术最成熟,但由于其成本高,制造工艺 繁琐,大规模的应用受到限制. 第二代太阳电池即薄膜太阳电池,包括碲化镉、铜铟镓硒化合物、砷化镓电池等,以气相沉积的 方法得到薄膜. 第三代太阳电池,如体异质结太阳电池(BHJ solar cells,BSCs)、量子点太阳电池、染 料敏化太阳电池(Dye sensitized solar cells,DSSCs)等,作为一种新能源技术,近10 年来在效率、稳定 [1] 性和产业化方面都取得一定成果 . 第三代太阳电池技术基于溶液制备工艺,光电活性材料包括有机、无机或混合的半导体,虽然其 [2,3] 成本低,处理过程简单,但要实现商业化,其效率必须大幅提升 . 图1为目前各类太阳电池的最高 [4] 能量转换效率记录 . 第三代太阳电池效率没有超越硅基电池. 但近2 年来一种以钙钛矿(Perovs鄄 [5] kites) 为吸光材料的新型太阳电池发展迅猛. [6] [7] 1991年,O爷regan 和Gr覿tzel 首次报道了DSSC. 2011年,Gr覿tzel等 利用多孔TiO 、有机敏化 2 剂和钴电解质使DSSC效率达到12%. 之后的电池大多是全固态电池,效率没有很大提高. 2009 年, [8] [9] Miyasaka等 首次将钙钛矿材料引入 DSSC,并在随后的工作中将其效率由3郾8%提高到 10郾9% . [10] 2013年,Wojciechowski等 将钙钛矿DSSC 的效率提高到15郾9%. 经过电池结构、材料和制备工艺的 [11] 不断创新和优化, 目前报道的钙钛矿太阳电