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1、钙钛矿高效电池的研究进展研究 江西工程学院环境与能源工程学院 毕业设计 （ 2016 届） 题 目： 钙钛矿高效电池的研究进展研究 专 业： 光伏发电技术及应用 班 级： 钙钛矿高效电池的研究进展研究摘要硅钛矿太阳电池的迅速发展为解决未来能源问题带来一线曙光。但是，钙钛矿太阳电池在高效率电池器件的可重现性、稳定性能评估等方面还面临着很多问以及存在的几个关键性的问题。从器件的基本结构和基本工作原理出发，本文重点讨论了光吸收层的光谱和形貌等性质对器件性能和可重现性的影响，阐明了电子传输层和空穴阻隔层的重要作用，论述了空穴传输层的相关进展以及其对器件稳定性的影响。关键词：太阳电池；钙钛矿；可重现性；
2、稳定性Research Progress on perovskite solar cellsabstract The rapid development of titanium silicon solar cells for future energy solution to bring a ray of hope. However, in high efficiency solar cell perovskite cell device repeatability and stability performance evaluation and other aspects still fac
3、es many problems, seriously restricting the future development. This paper reviewed the important progress since perovskite solar cell available, and some key problems existing in the. Starting from the basic structure of the device and the basic principle of work, this paper discusses the optical a
4、bsorption spectra of layers and morphology properties influence on device performance and reproducibility, expounds the the important function of the electron transport layer and hole blocking layer, discusses the progress of hole transport layer and its influence on the stability of the device.Keyw
5、ords: solar cell; perovskite; REPRODUCIBILITY; stability 目 录摘要.2Abstract.3 1绪论.52钙钛矿的结构及材料.5 2.1 ABO_3型钙钛矿氧化物.6 2.2双钙钛矿结构示意图.7 2.3双钙钛矿氧化物电极材料.8 2.3.1双钙钛矿氧化物阳极材料.8 2.3.2 双钙钛矿阴极材料.103.钙钛矿电池的工作原理.11 3.1钙钛矿太阳电池的基本结构.11 3.2 电子传输层/空穴阻隔层.14 3.3 电池性能的测量评估.144.钙钛矿电池的制备.155.无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池的发展.176.未来发展的展望.187.
6、参考文献.208. 致谢.211.绪论 随着人类的进步，经济的的发展，人类对资源需求源源不断，传统的能源的面临枯竭，寻找新的能源成为当今世界的首要问题。太阳辐射将成为未来主要的能源，太阳能以其取之不尽, 用之不竭而又环保等特点而受到重视。 以光伏效应为工作原理的太阳电池, 可以将太阳能直接转化为工业和生活使用的电能, 是解决人类能源危机最具潜力的科技之一。 目前光伏技术的应用已经为我们提供了装机容量超过10 GW 的产品, 其中占主导地位的为硅基太阳电池; 但是因为其制备成本较高, 工艺复杂,能否成为人类未来的主要清洁能源, 发展中的太阳电池不断遭受着质疑. 因此, 寻找成本低廉, 制备工艺简
7、单的新型太阳电池就很有必要。 自年2009开始, 以有机-无机钙钛矿材料为基础的新型太阳电池得到了广泛瞩目, 在短短几年内, 其能量转化效率从开始的3% 快速提高至15% 以上, 在国际上掀起了一个研究热潮 钙钛矿太阳电池的转换效率进步如此之大, 而且比传统的硅电池更便宜、更易生产,科学(Science) 期刊把它评为2013年的10 大科学突破之一。 随着电池工艺的进一步发展和成熟, 钙钛矿太阳电池有望获得20% 以上的能量转化效率, 有着广泛的应用前景。2、钙钛矿的结构及材料2009 年, Miyasaka 研究组率先通过将薄薄的一层钙钛矿材料(CH3NH3PbI3 和CH3NH3PbBr
8、3), 当做吸光层应用于染料敏化太阳电池。当时的光电转换率为3.8% 。后研究者对电池进行了改进,转换效率一下翻了一倍。虽然转换效率提高了, 但还要面对一个至命问题钙钛矿中的金属卤化物容易被电池的液体电解质破坏, 导致电池稳定性钙钛矿低, 寿命短。钙钛矿型材料典型结构分子式为AMX3(图1 ) 。 其中, A 和M 代表不同的阳离子,与阴离子键合形成CaTiO3 型晶格结构。 常见的钙钛矿材料, 主要包括无机氧化物钙钛矿材料(A:Mg2+, Ca2+, Ba2+, Sr2+ 等; B: Ti4+, Si4+ 等; X:O2) 和卤族化合物钙钛矿材料(A: Li+, Na+, K+,Rb+, C
9、s+ 等; B: Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+,Zn2+, Ge2+, Sn2+, Pb2+ 等; X: F, Cl, Br, I 等)。 图1 钙钛矿型材料典型结构分子式为AMX3 2.1 ABO_3型钙钛矿氧化物 钙钛矿型复合氧化物通常具有ABO_3型晶体结构，其中A位离子具有较大的离子半径，与12个氢原子配位；B位离子具有较小的离子半径，与6个氧原子配位。因此，很多元素在满足因子的条件下可形成稳定的钙钛矿结构，并通过A位和B位的部分取代，可以合成多组份钙钛矿型化合物。钙钛矿化合物的广泛存在，使它作为电子材料获得了实际的运用，其固态化学的信息十分丰富。在多相催化
10、领域，化学家常常把钙钛矿化合物作为模型化合物，研究其催化性能与固体表面、体相的物理、化学性质之间的关系。钙钛矿型催化剂具有一下优点： 1）在保持基本结构不变的基础上，结构和组成的多样性； 2）热稳定性高； 3）化合价、化学计量和空位可变幅度大； 4）物理和固态化学的信息丰富； 稳定的钙钛矿结构除了要求有合适的离子半径，还要求体系保持电中性，即A与B所带的正电荷总数必须等于氧化所带的负电荷总数。钙钛矿结构氧化物一般以、或的形式存在，此外A和B的部分取代也能满足电中性的要求。因此，常出现A和B的正离子空位及O的负离子空位，其中，A为阳离子和氧阴离子空位缺陷最常见。2.2双钙钛矿结构示意图图2 双钙
11、钛矿结构示意图 近年来，双钙钛矿型氧化物得到了越来越广泛的关注，双钙钛矿的通式可表示为A2BBO6，标准的A2BBO6型氧化物可以看作是由不同的BO6八面体规则的相间排列而成。一般情况下B和B是不同的过渡金属离子，其晶体结构如图2所示。A2BBO6结构双层钙钛矿型复合氧化物呈NaCl型结构相见排列。多数情况下双层钙钛矿氧化物结构也将发生畸变，它的结构一般由离子大小、电子组态和离子间相互作用等决定，而且双钙钛矿结构中BO6和BO6八面体的稳定性对整个结构的稳定性起着很重要的作用，B位、B位离子相应的氧化物越稳定，则钙钛矿结构越稳定。双钙钛矿型复合氧化物的制备近年已成为材料科学的重要发展方向。从理
12、论角度上看，双钙钛矿氧化物材料可以提供更加丰富的变换组合，给研究者提供了广阔的研究空间。 Sr2FeMoO6属于典型的A2BBO6结构氧化物，其理想形式为Fe3+和Mo5+分别有序地占据B和B位置，FeO6八面体和MoO6八面体在三维空间以共角顶的方式相间排列组成三维框架，Sr2+则填充在由8个八面体所围成的空隙的中心位置，如上图所示。实际上，由于占据A位、B位及B位的Sr2+、Fe3+、Mo5+并不是像标准立方双钙钛矿结构那样完全匹配，因此，在常温下其结构并非为立方对称，而是沿c轴方向有一个拉伸，畸变为四方对称结构。大量的研究表明，Sr2FeMoO6中存在Fe/Mo离子的反位缺陷(反位缺陷是指Fe离子占据Mo位而Mo离子占据Fe位)，而且反位缺陷对Sr2FeMoO6的电输运性质和磁学性质有很大的影响。2.3双钙钛矿氧化物电极材料2.3.1双钙钛矿氧化物阳极材料 在早期的研究中，Sr2FeNbO6 表现出相对较高的电导率，900 、5%H2/Ar 气氛下的电导率可以达到2.39 S/cm
