钙钛矿太阳能电池汇总+说明书.ppt

钙钛矿太阳能电池 《科学》杂志评选2013年度十大科学突破，第3项。钙钛矿型太阳能电池: 一种新时代的太阳能电池材料在过去的这一年中获得了大量的关注，它们比那些传统的硅电池要更便宜且更容易生产。钙钛矿电池还没有像商用太阳能电池那样有效，但它们正在快速不断地得到改善。 美国宾州大学的Andrew Rappe研究组，将钙钛矿结构的铁电晶体用于光伏转换，提高光吸收效率，号称转换效率可达50%以上。目前只是材料和结构的设想，尚未制作出实际器件。 Perovskite oxides for visible-light-absorbing ferroelectric and photovoltaic materials Nature 503, 509 (2013) 以钙钛矿结构的CH3NH3PbX3（X=I，Br，Cl）作为光吸收层的敏化电池，实验室报道效率已超过15%。 Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition Nature 501, 395 (2013) 英国牛津大学Henry Snaith小组，15.4% Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells Nature 499, 316 (2013) 瑞士洛桑联邦理工学院Michael Gratzel小组，15% 目前研究界的目标是将电池效率提高到20~25%。 国家863计划2015年度项目申报指南“先进能源技术领域”：钙钛矿太阳电池关键技术研究 研究钙钛矿太阳电池器件中的电荷输运机理及影响电池性能的关键因素，开发钙钛矿薄膜太阳电池材料及器件，研究制备钙钛矿太阳电池的核心关键工艺，制备出效率超过15%、性能稳定的钙钛矿太阳电池。 染料敏化电池，dye sensitized solar cell，简称DSSC 当太阳光照射在染料敏化太 阳能电池上，染料分子中基 态电子被激发，激发态染料 分子将电子注入到纳米多孔 半导体的导带中，注入到导 带中的电子迅速富集到导电 玻璃面上，传向外电路，并 最终回到对电极上。而由于染料的氧化还原电位高于氧 化还原电解质电对的电位，这时处于氧化态的染料分子 随即被还原态的电解质还原。然后氧化态的电解质扩散 到对电极上得到电子再生，如此循环，即产生电流。 在电池组成上，DSSC 电池由“有源成分”和无源部分构成。所谓的“有源成分”，在p-n结电池中是指负责参与进行光生电荷的产生、分离、输运，构成电子循环回路的物质；在DSSC电池中是指分别完成光生电子激发、氧化和还原过程，构成荷电态循环的物质。无源成分是指与纳米晶半导体TiO2薄膜相接触构成光阳极的透明导电膜TCO与电解质相接触的催化剂(Pt或碳)以及共同构成复合对电极的TCO膜。 染料敏化电池的研发方向和内容 光阳极膜性能的提高。制备电子传导率高、抑制电荷复合的高性能多孔半导体膜，并优化膜的性能；改进制膜的方法，使其工艺更简单、成本更低；寻找其它可代替TiO2 的氧化物半导体。 染料敏化效果的提高。设计、合成高性能的染料分子，并改善分子结构，提高电荷分离效率，使染料具有更优异的吸收性能和光谱吸收范围；充分利用多种染料的特征吸收光谱的不同，研究染料的协同敏化，拓宽染料对太阳光的吸收光谱。 电解质的研究。解决液态电解质封装的问题，同时寻找合适的固态电解质来代替液态电解质，制备高效率全固态的染料敏化太阳能电池。 有机无机杂化钙钛矿晶体 CH3NH3PbX3有机铅卤素化合物是具有钙钛矿结构的自组装晶体，短链有机离子、铅离子以及卤素离子分别占据钙钛矿晶格的A、B、X位置，由此构成三维立体结构，是有机无机杂化钙钛矿的一种。 长链有序的PbI3-八面体体系有利于电子的传输，使得该类材料具有非常优异的电子输运特性。载流子迁移率高，寿命长。 钙钛矿有机铅碘化合物具有合适的能带结构，较好的光吸收性能，能够吸收几乎全部的可见光用于光电转换。 该类材料具有自组装的特性，所以合成