钙钛矿太阳能电池

LOGOCH3NH3PbX3钙钛矿型太阳能电池付现伟20161220LOGO钙钛矿结构钙钛矿结构:俄国伯爵A.VonJPerovski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。MCH3NH3PbX3：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LOGO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400nm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CH3NH3PbI3100nmCH3NH3PbI3-xClx1um.CH3NH3PbI3Eg：1.5evCH3NH3PbI3-xBrxEg:1.58-2.28eVCH3NH3PbI3-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LOGO《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LOGODSSCCH3NH3PbI3-xClx钙钛矿太阳能电池1、钙钛矿太阳能电池的发展spiro-OMeTADLOGO论文发表情况1、钙钛矿太阳能电池的发展SolarcellLEDLaserSensorFETLOGO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（PlanerHererojuction）LOGO2、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。LOGO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。LOGO3、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HoleTransportmaterialsHTMelectronTransportmaterialsETM加热到一定的温度会分解spiro-OMeTADLi-TFSILOGO)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-xSnI3CH3NH3GeX3CH3NH3CuClxBr4x。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%LOGO