钙钛矿太阳能电池课件.pptx

4341Click to add Title问题及前景展望 吸光材料的成膜技术及制备背景介绍及发展史汇报内容2器件结构及原理研究背景 随着重工业的日益发达，煤炭石油等不可再生资源频频告急，能源问题日益成为国际社会经济发展的瓶颈，加之对不可再生资源的不当使用，环境问题愈发严重，人类生存受到极大威胁。 太阳能等环保可再生资源日益受到人类关注，因此，太阳能电池也走进人们的生活。 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏简称光伏。[1]邓林龙, 谢素原, 黄荣彬,等. 钙钛矿太阳能电池材料和器件的研究进展[J]. 厦门大学学报：自然科学版, 2015, 54(05).[2]梁栋, 贾瑞龙, 简选,等. 钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 现代化工, 2015.1研究背景2发展历史 传统的非晶硅太阳能电池，经过多年的发展，其光电转换效率提升缓慢．相比之下，近年来出现的新型太阳能电池如有机太阳能电池（OPV）、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池（DSSC）和量子点太阳能电池(quantum dot solar cells)，发展较快，光电转换效率提升明显。图1 各类太阳能电池光电转换率折线图[1]时间团队制备工艺能量转换率(%)2009Miyasaka（宫坂）以钙钛矿型有机/无机杂化材料代替有机染料分子作为吸光材料3.82012N.G.Park引入空穴传输层9.72013M.Grtzel两步溶液法15.02013Yang气相辅助溶液法19.32014KRICT20.1图2 钙钛矿太阳能电池发展历程表[2][1]邓林龙, 谢素原, 黄荣彬,等. 钙钛矿太阳能电池材料和器件的研究进展[J]. 厦门大学学报：自然科学版, 2015, 54(05).3光电理论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。如果入射光子的能量hv大于逸出功Wo（指从原子键结中移出一个电子所需的最小能量），那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量Ek（表示动能最大的光电子所具有的动能），也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样，所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。Εk =hν－Wo爱因斯坦光电效应方程44341Click to add Title问题及前景展望吸光材料的成膜技术制备背景介绍及发展史汇报内容2器件结构及原理器件结构及原理钙钛矿晶体结构(ABX3)A:CH3NH3、CH3CH2NH3+、NH2CH=NH2+等B: Pb+、Nb+、Ti4+、Fe3+等X: Cl–、Br–、I–、O2–等 在ABX3晶体中，BX6构成正八面体，BX6之间通过共用顶点X连接，构成三维骨架，A嵌入八面体间隙中使晶体结构得以稳定。因此，该光活性吸收材料呈现出一定的铁电性、非线性光学性和电光性等。 CH3NH3PbI低温态为正交相，高于162K时，为四方相；高于330K时，为立方相。高温立方相晶体结构具有最大的电子传导特性。图2 钙钛矿晶体结构示意图图3 CH3NH3PbI晶体结构示意图5器件结构及原理钙钛矿太阳能电池器件结构及制备图4 钙钛矿太阳能电池结构示意图及SEM照片由掺杂氟SnO2 （fluorine-tin-oxide, FTO)导电玻璃、电子传输层（ETM）、钙钛矿吸收层（如CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI2Cl、CH3NH3PbBr3等）、空穴传输层（HTM）和金属对电极组成。电子传输层（ETM）多为ZnO、TiO2等，空穴传输层（HTM）多为Spiro-OMeTad、FTAA、H3MT、PEDOT：PASS等固态介质材料。6器件结构及原理钙钛矿太阳能电池器件结构及制备镀金属对电极旋涂HTM薄膜沉积钙钛矿吸收层FTO/玻璃复合衬底图5 钙钛矿太阳能电池界面，介孔结构（左）；平面异质结构（右）旋涂多孔ETM薄膜电子传输层（ETM）多为ZnO、TiO2等，500~550℃退火处理，厚度约为300nm。空穴传输层（HTM）多为Spiro-OMeTad、FTAA、P3HT、PEDOT:PASS等，和下方的ETM/钙钛矿层是相互浸润的，其厚度小于500nm。7器件结构及原理钙钛矿太阳能电池光伏机制及原理 当钙钛矿吸收层吸收太阳光受激后，产生电子空穴对，激子在吸收层运动至ETM/钙钛矿吸收层/HTM界面后发生分离，电子注入ETM层（阳极），空穴注入到HTM（阴极），最后经外部电路循环在金属对电极复合形成回