鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的應(yīng)用研究課件

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池匯報(bào)人：黃蕾宮文婧張慶制作人：吳慧藍(lán)小玲劉敏張依依鈣鈦礦太陽(yáng)能電池匯報(bào)人：黃蕾宮文婧張慶2目錄CONTENTS背景介紹發(fā)展歷程工作原理與制備存在的問題及展望12342目錄背景介紹發(fā)展歷程工作原理與制備存在的問題及展望1234

3背景介紹傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池成本高、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，環(huán)境污染，因此，開發(fā)高光電轉(zhuǎn)換效率、低成本的新型太陽(yáng)能電池成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。近年來(lái)，一種以金屬有機(jī)鹵化物作吸光材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其高光電轉(zhuǎn)換效率、低成本而成為光伏領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。[1]鄧林龍,謝素原,黃榮彬,鄭蘭蓀.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料和器件的研究進(jìn)展[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,05:619-629.圖2幾種薄膜太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率近20年來(lái)的提升情況圖1鈣鈦礦太陽(yáng)能電池3背景介紹傳統(tǒng)的硅太陽(yáng)能電池成本高、生產(chǎn)工藝復(fù)

4背景介紹鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：鈣鈦礦為ABX3結(jié)構(gòu)，一般為立方體或八面體結(jié)構(gòu)。A為一種大的陽(yáng)離子B為小的金屬陽(yáng)離子X為鹵素陰離子優(yōu)勢(shì)：圖4鈣鈦礦的晶胞模型圖5鈣鈦礦的立方晶體結(jié)構(gòu)[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國(guó)忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池：光伏領(lǐng)域的新希望[J].中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué),2014,08:619-629.消光系數(shù)高帶隙寬度合適優(yōu)良的雙極性載流子輸運(yùn)性質(zhì)低成本溫和條件制備、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單4背景介紹鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：鈣鈦礦為ABX3結(jié)構(gòu)，一般為立方5發(fā)展歷程11883年第一塊太陽(yáng)電池制備成功。查理斯用硒半導(dǎo)體上覆上一層極薄的金層形成半導(dǎo)體金屬結(jié)，只有1%的效率第一個(gè)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池在1954年誕生在貝爾實(shí)驗(yàn)室。太陽(yáng)電池技術(shù)的時(shí)代終于到來(lái)2009年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池首次被提出,由Miyasaka制備，其光電轉(zhuǎn)換效率為3.8%1839年，光生伏特效應(yīng)第一次由法國(guó)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)。[1]關(guān)麗,李明軍,李旭,韋志仁,滕楓.有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展[J].科學(xué)通報(bào),2015,07:581-592.[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國(guó)忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池：光伏領(lǐng)域的新希望[J].中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué),2014,08:619-629.

5發(fā)展歷程11883年第一塊太陽(yáng)電池制備成功。查理斯用硒半62011年,通過修飾TiO2襯底表面，將鈣鈦礦敏化電池的效率提高到了6.5%.2012年，利用固態(tài)空穴傳輸材料替代液態(tài)電解質(zhì)，取得了9.7%的光電轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)展歷程2[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國(guó)忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池:光伏領(lǐng)域的新希望[J].中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué),2014,08:801-821.6發(fā)展歷程2[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國(guó)忠2013年，通過共蒸法和溶液法制備了鈣鈦礦吸收層，光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)15.4%和12.2%。2013年11月，結(jié)合低溫工藝，在玻璃和PET襯底上制備出了光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)15.7%和10%的平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。2014年，我國(guó)研究者為了改善界面的電子傳輸性，在中間加入一層有機(jī)半導(dǎo)體，電池效率由5.26%提升到6.26%。發(fā)展歷程3[1]張瑋皓,彭曉晨,馮曉東.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展[J].電子元件與材料,2014,08:7-11.圖6鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率發(fā)展圖2013年，通過共蒸法和溶液法制備了鈣鈦礦吸收層，光電轉(zhuǎn)換工作原理[1]鄧林龍,謝素原,黃榮彬,鄭蘭蓀.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料和器件的研究進(jìn)展[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,05:619-629.圖7鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)圖8電子傳輸材料（左）吸光材料（中）空穴傳輸材料（右）能級(jí)示意圖工作原理[1]鄧林龍,謝素原,黃榮彬,鄭蘭蓀.鈣鈦礦太陽(yáng)能工作原理[1]趙雨,李惠,關(guān)雷雷,吳嘉達(dá),許寧.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報(bào),2015,11:17-21+29[1]楊林,左智翔,于鳳琴,紀(jì)三郝,王天華,王鳴魁.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展[J].化工技術(shù)與開發(fā),2015,09:40-45PSC具有P-I-N結(jié)構(gòu),鈣鈦礦作為光吸收層(I本征層）夾在電子傳輸層TiO2（N型）和HTM（P型）之間。圖9鈣鈦礦太陽(yáng)能電池工作原理工作原理[1]趙雨,李惠,關(guān)雷雷,吳嘉達(dá),許寧.鈣鈦礦太陽(yáng)吸收層的制備CH3NH3PbI3制備方法一步溶液法兩步連續(xù)沉積法兩步旋涂溶液法氣相法，氣相輔助沉積法吸收層的制備CH3NH3PbI3制備吸收層的制備[1]吳亞美,楊瑞霞,田漢民,王如,花中秋,陳帥.鈣鈦礦太陽(yáng)電池吸收層制備工藝[J].半導(dǎo)體技術(shù),2015,10:730-738+782.優(yōu)點(diǎn)：制備工藝簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：難以控制結(jié)晶過程,影響PSC的光伏性能改進(jìn)措施：前驅(qū)溶液中添加NH4Cl,CH3NH3Cl制備CH3NH3PbI3材料前驅(qū)體溶液。將前驅(qū)溶液旋轉(zhuǎn)涂覆在TiO2表面再進(jìn)行熱退火.圖10一步溶液法吸收層的制備[1]吳亞美,楊瑞霞,田漢民,王如,花中秋,陳帥吸收層的制備[1]吳亞美,楊瑞霞,田漢民,王如,花中秋,陳帥.鈣鈦礦太陽(yáng)電池吸收層制備工藝[J].半導(dǎo)體技術(shù),2015,10:730-738+782.將PbI2溶液沉積在TiO2層上干燥。將TiO2/PbI2復(fù)合薄膜浸入到CH3NH3I溶液中反應(yīng)后干燥。多孔支架層1、防止工作電極和背電極接觸所導(dǎo)致的短路電流2、其孔隙(直徑約為20nm)能夠?qū)bI2晶粒尺寸限制圖11兩步連續(xù)沉積法圖12多孔鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

圖13平面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池吸收層的制備[1]吳亞美,楊瑞霞,田漢民,王如,花中秋,陳帥圖14兩步旋涂溶液法

圖15氣相蒸發(fā)法圖16氣相輔助蒸發(fā)法將PbI2溶液旋涂在TiO2層上干燥后將CH3NH3I溶液旋涂在PbI2/TiO2復(fù)合層上，再熱退火.形成CH3NH3PbI3。2、再放入到CH3NH3I蒸汽環(huán)境中形成CH3NH3PbI31、通過溶液法制備PbI2層吸收層的制備[1]吳亞美,楊瑞霞,田漢民,王如,花中秋,陳帥.鈣鈦礦太陽(yáng)電池吸收層制備工藝[J].半導(dǎo)體技術(shù),2015,10:730-738+782.圖14兩步旋涂溶液法圖15氣相蒸圖17溶液法鈣鈦礦層圖18氣相蒸發(fā)法鈣鈦礦層吸收層的制備[1]邵景珍,董偉偉,鄧贊紅,陶汝華,方曉東.基于有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料的全固態(tài)太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展[J].功能材料,2014,24:24008-24013圖17溶液法鈣鈦礦層圖18氣相蒸發(fā)法鈣鈦礦層吸收存在的問題及展望制備技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)理論研究尋找合適替代材料問題存在的問題及展望制備技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)理論研究尋找合適替代材料16存在的問題及展望1、制備技術(shù)：PSC與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)破壞晶體結(jié)構(gòu),并產(chǎn)生水蒸氣,溶解鈣鈦礦，鈣鈦礦中的鉛可能會(huì)濾出,對(duì)屋頂和土壤造成一定的污染.

2、產(chǎn)業(yè)化推進(jìn):（1）制備面積：微?。?）空穴傳輸層造價(jià)昂貴開發(fā)研究包括石墨烯等載流子遷移率高且制備工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低的無(wú)機(jī)空穴傳輸層是今后的主要工作.（3）提高器件穩(wěn)定性與壽命1]趙雨,李惠,關(guān)雷雷,吳嘉達(dá),許寧.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀[J].材料報(bào),2015,11:17-21+29[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國(guó)忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池：光伏領(lǐng)域的新希望[J].中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué),2014,08:619-629.圖19北京大學(xué)研究小組制備的效率為6.23%的PSC的性能及48h后效率變化16存在的問題及展望2、產(chǎn)業(yè)化推進(jìn):1]趙雨,李惠,關(guān)雷雷,17極高吸光能力的微觀機(jī)理光生載流子的產(chǎn)生機(jī)理界面作用優(yōu)點(diǎn)是吸光系數(shù)很大,吸光能力比傳統(tǒng)染料高10倍以上,但其微觀機(jī)理都沒有定論.爭(zhēng)論:激發(fā)電子-空穴對(duì)機(jī)理激發(fā)激子機(jī)理.多晶材料制備,對(duì)界面載流子的注入和傳導(dǎo)具有重大影響;吸光層與電子傳輸層、HTM之間的界面對(duì)整個(gè)能量轉(zhuǎn)換的作用到目前無(wú)太多的研究.3、理論研究：存在的問題及展望1]趙雨,李惠,關(guān)雷雷,吳嘉達(dá),許寧.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀[J].材料報(bào),2015,11:17-21+29[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國(guó)忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池：光伏領(lǐng)域的新希望[J].中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué),2014,08:619-629.17極高吸光能力的微觀機(jī)理光生載流子的產(chǎn)生機(jī)理界面作用優(yōu)點(diǎn)是182023/8/244、尋找合適替代材料：（1）制備無(wú)鉛鈣鈦礦材料:現(xiàn)在的有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料含有鉛元素。（2）氧化物鈣鈦礦太陽(yáng)能材料:除了有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合鈣鈦礦材料以外,所以也必須研究一些能帶合適、吸光能力強(qiáng)的無(wú)機(jī)氧化物鈣鈦礦材料在高效能量轉(zhuǎn)換方面的潛能.（3）

新的電子/空穴傳導(dǎo)材料:現(xiàn)在使用的有機(jī)空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD,必須尋找更加有效、