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1、CH3NH3PbX3钙钛矿型太阳能电池,付现伟 20161220,主要内容,钙钛矿结构,钙钛矿结构:俄国伯爵A.VonJ Perovski发现,AMX3 ：A：代表有机阳离子； M：代表金属阳离子； X：代表阴离子。,M,CH3NH3PbX3 ： A：有机胺阳离子 eg：CH3NH3+ ，NH2CH=NH2+等阳离子； M：Pb2+阳离子； X：Cl-,Br-,I-阴离子。,1、钙钛矿太阳能电池的发展,迁移率高,强吸收系数强,载流子寿命长,可调控带隙,可制备柔性电池,多种方式加工,400 nm 厚的薄膜即可吸收紫外-近红外光谱范围内的所有光子.,载流子扩散长度CH3NH3PbI3100nm C
2、H3NH3PbI3-xClx1um.,CH3NH3PbI3 Eg：1.5ev CH3NH3PbI3-xBrx Eg:1.58-2.28eV CH3NH3PbI3-xClx,旋涂法,气相沉积法及混合工 艺等，工艺简单、制造成本低。,电池制在塑料、织物 等柔性基底上,可穿戴、 移动式柔性电源。,CH3NH3PbX3及器件优点,1、钙钛矿太阳能电池的发展,Science评选为 2013 年十大科学突破之一,1、钙钛矿太阳能电池的发展,几种薄膜太阳能电池的发展,DSSC,CH3NH3PbI3-xClx,钙钛矿太阳能电池,1、钙钛矿太阳能电池的发展,spiro-OMeTAD,论文发表情况,1、钙钛矿太阳
3、能电池的发展,Solar cell LED Laser Sensor FET,钙钛矿太阳能电池的结构,P-i-n型,P型半导体 i钙钛矿层 N型半导体,光阳极：FTO和ITO导电玻璃； 电子传输层（ETL）：是指能够接收带负电荷的电子载流子并且传输电子载流子的材料，n型半导体。作用：促进光生电子-空穴对分离，提高电荷传输效率。实验中一般用Ti02，但Ti02吸收紫外光产生光生空穴影响钙钛矿太阳能电池的稳定性，所以用ZnO,Al2O3,WO3,ZrO代替； 光吸收层：钙钛矿层，收太阳光产生电子-空穴对,从而高效的传输电子和空穴； 空穴传输层（HTL）：作用是传输空穴；作用：促进电子和空穴在界面处
4、的分离，减少复合，提高电池性能。实验中都是spiro-OMeTAD，然而spiro-OMeTAD的价格昂贵、制备工艺复杂，不利于大面积投入到生产中，所以用P3HT，PCBM等有机物代替； 背阴极：Au或Ag。,2、钙钛矿太能电池结构,平面异质结结构（Planer Hererojuction）,2、钙钛矿太能电池结构,钙钛矿太能电池工作原理,(1):光吸收层，吸收光子会将钙钛矿 中的价带电子激发至导带，并且在价 带处留下了空穴； (2):光吸收层导带能级高于ETL导带能级,光吸收层导带中电子就会注入到HTL的导带，再继续传输到光阳极（FTO/ITO)和外电路； (3):光吸收层价带能级低于HTL
5、的价带能级时，光吸收层的空穴就会注入到HTL中，再继续传输到背电极（Ag电极）和外电路。,钙钛矿薄膜的制备,2、钙钛矿太能电池结构,一步前驱体溶液法,两步顺序沉积法,真空蒸镀法,反应迅速，工艺简单，但晶粒大小不均，覆盖度不好。,覆盖度好，分布均匀，厚度均一，但是设备昂贵。,晶粒大小分布均匀，且表面光滑，价格低廉，适合大规模生产。,3、钙钛矿太阳能电池面临的问题,钙钛矿材料的稳定性,器件结构的稳定性,1)稳定性问题,热 稳 定 性,化 学 稳 定 性,对水，极性溶 剂或气体敏感,Hole Transport materials HTM,electron Transport materials E
6、TM,加热到一定的温度会分解,spiro-OMeTAD,Li-TFSI,2)寿命不长,3、钙钛矿太阳能电池面临的问题,吸收层终含有可溶性重金属Pb，对环境造成污染，急需找到替代的材料制备无铅材料；CH3NH3Pb1-xSnI3 CH3NH3GeX3 CH3NH3CuClxBr4x 。,4)空穴传输材料昂贵,虽然钙钛矿材料相对便宜，但是制造钙钛矿太阳能电池所用的有机空穴传输层Spiro-OMeTAD是黄金的额10倍。,5)大面积均匀性 目前钙钛矿太阳能电池应用最广的为旋涂法，但是旋涂法难于沉积大面积、连续的钙钛矿薄膜。,3)安全性,目前，报道寿命最长的钙钛矿电池可达1000小时，其效率已降到10%,Thank You !,
