鈣鈦礦太陽能電池的應用研究課件

鈣鈦礦太陽能電池匯報人：黃蕾宮文婧張慶制作人：吳慧藍小玲劉敏張依依鈣鈦礦太陽能電池匯報人：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背景介紹傳統的硅太陽能電池成本高、生產工藝復雜，環(huán)境污染，因此，開發(fā)高光電轉換效率、低成本的新型太陽能電池成為人們關注的重點。近年來，一種以金屬有機鹵化物作吸光材料的鈣鈦礦太陽能電池由于其高光電轉換效率、低成本而成為光伏領域研究的熱點之一。[1]鄧林龍,謝素原,黃榮彬,鄭蘭蓀.鈣鈦礦太陽能電池材料和器件的研究進展[J].廈門大學學報(自然科學版),2015,05:619-629.圖2幾種薄膜太陽能電池光電轉換效率近20年來的提升情況圖1鈣鈦礦太陽能電池3背景介紹傳統的硅太陽能電池成本高、生產工藝復

4背景介紹鈣鈦礦結構：鈣鈦礦為ABX3結構，一般為立方體或八面體結構。A為一種大的陽離子B為小的金屬陽離子X為鹵素陰離子優(yōu)勢：圖4鈣鈦礦的晶胞模型圖5鈣鈦礦的立方晶體結構[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽能電池：光伏領域的新希望[J].中國科學：技術科學,2014,08:619-629.消光系數高帶隙寬度合適優(yōu)良的雙極性載流子輸運性質低成本溫和條件制備、結構簡單4背景介紹鈣鈦礦結構：鈣鈦礦為ABX3結構，一般為立方5發(fā)展歷程11883年第一塊太陽電池制備成功。查理斯用硒半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結，只有1%的效率第一個半導體太陽能電池在1954年誕生在貝爾實驗室。太陽電池技術的時代終于到來2009年，鈣鈦礦太陽能電池首次被提出,由Miyasaka制備，其光電轉換效率為3.8%1839年，光生伏特效應第一次由法國物理學家發(fā)現。[1]關麗,李明軍,李旭,韋志仁,滕楓.有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的研究進展[J].科學通報,2015,07:581-592.[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽能電池：光伏領域的新希望[J].中國科學：技術科學,2014,08:619-629.

5發(fā)展歷程11883年第一塊太陽電池制備成功。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，取得了9.7%的光電轉換效率。

發(fā)展歷程2[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽能電池:光伏領域的新希望[J].中國科學:技術科學,2014,08:801-821.6發(fā)展歷程2[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國忠2013年，通過共蒸法和溶液法制備了鈣鈦礦吸收層，光電轉換效率分別達15.4%和12.2%。2013年11月，結合低溫工藝，在玻璃和PET襯底上制備出了光電轉換效率高達15.7%和10%的平面結構鈣鈦礦太陽能電池。2014年，我國研究者為了改善界面的電子傳輸性，在中間加入一層有機半導體，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.鈣鈦礦太陽能電池的研究進展[J].電子元件與材料,2014,08:7-11.圖6鈣鈦礦太陽能電池效率發(fā)展圖2013年，通過共蒸法和溶液法制備了鈣鈦礦吸收層，光電轉換工作原理[1]鄧林龍,謝素原,黃榮彬,鄭蘭蓀.鈣鈦礦太陽能電池材料和器件的研究進展[J].廈門大學學報(自然科學版),2015,05:619-629.圖7鈣鈦礦太陽能電池結構圖8電子傳輸材料（左）吸光材料（中）空穴傳輸材料（右）能級示意圖工作原理[1]鄧林龍,謝素原,黃榮彬,鄭蘭蓀.鈣鈦礦太陽能工作原理[1]趙雨,李惠,關雷雷,吳嘉達,許寧.鈣鈦礦太陽能電池技術發(fā)展歷史與現狀[J].材料導報,2015,11:17-21+29[1]楊林,左智翔,于鳳琴,紀三郝,王天華,王鳴魁.鈣鈦礦太陽能電池的研究進展[J].化工技術與開發(fā),2015,09:40-45PSC具有P-I-N結構,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鈣鈦礦太陽能電池工作原理工作原理[1]趙雨,李惠,關雷雷,吳嘉達,許寧.鈣鈦礦太陽吸收層的制備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.鈣鈦礦太陽電池吸收層制備工藝[J].半導體技術,2015,10:730-738+782.優(yōu)點：制備工藝簡單缺點：難以控制結晶過程,影響PSC的光伏性能改進措施：前驅溶液中添加NH4Cl,CH3NH3Cl制備CH3NH3PbI3材料前驅體溶液。將前驅溶液旋轉涂覆在TiO2表面再進行熱退火.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.鈣鈦礦太陽電池吸收層制備工藝[J].半導體技術,2015,10:730-738+782.將PbI2溶液沉積在TiO2層上干燥。將TiO2/PbI2復合薄膜浸入到CH3NH3I溶液中反應后干燥。多孔支架層1、防止工作電極和背電極接觸所導致的短路電流2、其孔隙(直徑約為20nm)能夠將PbI2晶粒尺寸限制圖11兩步連續(xù)沉積法圖12多孔鈣鈦礦太陽能電池

圖13平面鈣鈦礦太陽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.鈣鈦礦太陽電池吸收層制備工藝[J].半導體技術,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.基于有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料的全固態(tài)太陽能電池研究進展[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產業(yè)化推進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產業(yè)化推進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：PSC與氧氣發(fā)生化學反應破壞晶體結構,并產生水蒸氣,溶解鈣鈦礦，鈣鈦礦中的鉛可能會濾出,對屋頂和土壤造成一定的污染.

2、產業(yè)化推進:（1）制備面積：微?。?）空穴傳輸層造價昂貴開發(fā)研究包括石墨烯等載流子遷移率高且制備工藝簡單、造價低的無機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,關雷雷,吳嘉達,許寧.鈣鈦礦太陽能電池技術發(fā)展歷史與現狀[J].材料報,2015,11:17-21+29[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽能電池：光伏領域的新希望[J].中國科學：技術科學,2014,08:619-629.圖19北京大學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、產業(yè)化推進:1]趙雨,李惠,關雷雷,17極高吸光能力的微觀機理光生載流子的產生機理界面作用優(yōu)點是吸光系數很大,吸光能力比傳統染料高10倍以上,但其微觀機理都沒有定論.爭論:激發(fā)電子-空穴對機理激發(fā)激子機理.多晶材料制備,對界面載流子的注入和傳導具有重大影響;吸光層與電子傳輸層、HTM之間的界面對整個能量轉換的作用到目前無太多的研究.3、理論研究：存在的問題及展望1]趙雨,李惠,關雷雷,吳嘉達,許寧.鈣鈦礦太陽能電池技術發(fā)展歷史與現狀[J].材料報,2015,11:17-21+29[1]魏靜,趙清,李恒,施成龍,田建軍,曹國忠,俞大鵬.鈣鈦礦太陽能電池：光伏領域的新希望[J].中國科學：技術科學,2014,08:619-629.17極高吸光能力的微觀機理光生載流子的產生機理界面作用優(yōu)點是182023/8/244、尋找合適替代材料：（1）制備無鉛鈣鈦礦材料:現在的有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料含有鉛元素。（2）氧化物鈣鈦礦太陽能材料:除了有機/無機復合鈣鈦礦材料以外,所以也必須研究一些能帶合適、吸光能力強的無機氧化物鈣鈦礦材料在高效能量轉換方面的潛能.（3）

新的電子/空穴傳導材料:現在使用的有機空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD,必須尋找更加有效、