钙钛矿太阳能电池研究进展.ppt

钙钛矿型太阳能电池简介 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 HTM的种类及结构优化金属 半导体界面问题电池制备方法优化钙钛矿的种类 CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3 CH3NH3PbI3 xClx CsSnI3等 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 2417 2013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 5656 2014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 1680 2014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 2014 4 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 效率低 没有达到理论的目标 20 电子复合严重 理论