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钙钛矿型太阳能电池简介目录背景介绍研究重点研究现状研究方向应用到太阳能电池中的钙钛矿具有ABX3结构，一般为立方体或八面体结构，A为一种大的阳离子；B为小的金属阳离子；X为卤素阴离子。具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、吸光性、电催化等活性，是一种新型的功能材料。钙钛矿结构1、背景介绍甲胺碘化铅（CH3NH3PbI3）2009年，AkihiroKojima[1]首次将CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3制备成量子点(9-10nm)应用到太阳能电池中(染料敏化太阳能电池，简称DSSC),研究了在可见光范围内，该类材料敏化TiO2的太阳能电池的性能。最后，获得了3.8%的光电效率。[1].AkihiroKojima,KenjiroTeshima.J.AM.CHEM.SOC,2009,131:6050–6051.2011年[2]，研究者将实验方案进行了改进与优化，制备的CH3NH3PbI3量子点达到2-3nm,电池效率增加了一倍达到了6.54%[2]。但是，由于部分金属卤化物在液态电解质中发生溶解，很大程度上降低了电池的稳定性与使用寿命，这是该电池的致命的缺点。[2].J.-H.Im,etal.Nanoscale,2011,3:4088-4093.2012年[3]，科学家将一种固态的空穴导体材料(holetransportingmaterials,简称HTM)引入到太阳能电池中，使得电池效率达到10%左右。HTM的使用，解决了电池的不稳定与难封装的问题，使得电池的商业价值增加。再加上电池的效率大幅增加，并还有进一步提升的可能性，正式开启了钙钛矿太阳能电池的研究热点。[3].JinHyuckHeo,SangHyukIm,etal.J.Phys.Chem.C2012,116,20717−20721钙钛矿型电池结构与工作原理2.研究重点目前，钙钛矿型太阳能电池的研究发现主要包括以下几方面：1.HTM的种类及结构优化2.金属-半导体界面问题3.电池制备方法优化4.钙钛矿的种类（CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbI3–xClx、CsSnI3等）5.理论研究3.研究进展2013年[4]，Hui-SeonKim等人将spiro-OMeTAD作为空穴导体材料应用到太阳能电池中，有效实现了电池效率的提升；[4].Hui-SeonKim,Jin-WookLee,etal.NanoLett.2013,13,2412−24172013年[5]，研究者研究了三种不同的HTM对电池性能的影响。1.spiro-OMeTAD,2.poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)——P3HT3.4-(diethylamino)-benzaldehydediphenylhydrazone——DEH三者的效率依次为8.5%,4.5%,和1.6%。spiro-OMeTAD具有较高的效率，是因为载子在其中具有较高的寿命，电荷与空穴的分离速度快，有效抑制了电子的复合。[5].DongqinBi,LeiYang，etal.J.Phys.Chem.Lett.2013,4,1532−1536[6]J.M.Ball,M.M.Lee,etal.EnergyEnviron.Sci.,2013,6,1739-1743考虑到电池中载流子的传递过程，既可以选择导电的介孔材料做电子导体，也可选择不能导电的介孔材料为电子传递介质。研究者将Al2O3替代部分TiO2作为电子传递介质，进行了研究发现电池效率达到了12.3%[6]。基于此，还有采用ZrO2做电子传递层。2014年[7]，我国中科院研究者为了改善金属-半导体界面的电子传输性在两者间引入了一层薄宽禁带度的有机半导体，N，N，N‘，N’-四苯基联苯胺(TPB),以此提高了界面电阻（EIS），有效抑制了界面的电子复合(暗电流)，使得电池效率由5.26%提升到6.26%,最高达到6.26%。[7].YuzhuanXu,JiangjianShi,etal.ACSAppl.Mater.Interfaces2014,6,5651−56562014年[8]，我国中科院的研究者采用两步沉积法对CH3NH3PbI3层进行了优化。增强了CH3NH3PbI3层的稳定性与光的捕获能力，电池效率达到了10.47%，开路电压达到了948mV。[8].ShiJ,LuoY,WeiH,etal.ACSappliedmaterials&interfaces,2014.瞬态光致发光图谱为了改善TiO2高温处理可能会影响技术的应用广泛度，研究者[9]采用在低温（120℃）的条件下，在刚性和柔性基底（聚对苯二甲酸乙酯）上制备了太阳能电池。刚性基底上效率达到11.5%，柔性基底上达到9.2%[9]JingbiYou,ZiruoHong,etal.NanoLetters2014,8(2):1674–16802014年[10]，有研究者制备了PbS/CH3NH3PbI3(=MAP)核/壳结构的钙钛矿太阳能电池，并将其的光电性能，与只有PbS时作了对比；发现应用核/壳可以增加光在太阳能电池中的散射，从而提高光的捕获，使得对光的利用率增加，效率也就增加。[10].GabseokSeo,JangwonSeo,etal.J.Phys.Chem.Lett,20144.研究方向就目前来看，钙钛矿太阳能电池尽管电池的转换效率有了一定的提升，最高效率达到16%左右，但是仍然存在以下问题：1.效率低，没有达到理论的目标（20%）；2.电子复合严重；3.理论研究不够。研究方向：1.优化实验方案，找寻最佳的实验条件；2.研究电池的稳定性，寻找铅元素替代元素等；3.优化电池结构，增加阻挡层，减少电子复合；4.注重理论研究与机理研究，加强理论计算；5.开发新材料（光响应范围宽且强的钙钛矿结构，HTM，对电极等）