钙钛矿太阳能电池

1、钙钛矿太阳能电池钙钛矿太阳能电池 岳世岳世 忠忠 1 钙钛矿钙钛矿 钙钛矿电池钙钛矿电池的光吸收层是一的光吸收层是一 种有机种有机-无机杂化无机杂化的材料的材料，化学，化学 式式为为 AMX3（A：CH3NH3+； M：PB2+；X：I，BR或或 CL）。是）。是典型的典型的钙钛矿钙钛矿 （CATIO3）晶体结构晶体结构。 晶胞结构晶胞结构MX6构成构成八面体，八面体， 并并相互接触相互接触，组成了，组成了三维结构，三维结构， CH3NH3+嵌入其中。嵌入其中。 2 钙钛矿电池的结构钙钛矿电池的结构 钙钛矿太阳能电池的结构钙钛矿太阳能电池的结构染料敏化太阳能电池结构染料敏化太阳能电池结构有机太

2、阳能电池结构有机太阳能电池结构 3 钙钛矿太阳能电池的原理钙钛矿太阳能电池的原理 燃料敏化电池燃料敏化电池有机太阳能电池有机太阳能电池 4 原理原理 1 在燃料敏化电池中电子在电解液在燃料敏化电池中电子在电解液 的输运性很差，的输运性很差，CH3NH3PbX3在在 电解液中的稳定性很差因此在钙钛电解液中的稳定性很差因此在钙钛 矿电池的结构中我们采用固体传输矿电池的结构中我们采用固体传输， 克服这些不利条件克服这些不利条件。 2有机物电池中，产生的激子的束有机物电池中，产生的激子的束 缚能很大（约为缚能很大（约为400mev），这就），这就 需要很强的内建电场来分离激子，需要很强的内建电场来分离

3、激子， 而钙钛矿电池激子束缚能分别只有而钙钛矿电池激子束缚能分别只有 50 - 76meV。材料中的激子为。材料中的激子为 Wannier-Mott 型，其意味着在型，其意味着在 室温下，光生电子室温下，光生电子-穴对在材料内穴对在材料内 部便能实现分离部便能实现分离，提高电池的开路，提高电池的开路 电压电压。 钙钛矿电池的原理，在光钙钛矿电池的原理，在光 照下光敏层产生激子，由照下光敏层产生激子，由 于激子束缚能较小，在材于激子束缚能较小，在材 料内部就可以发生分离，料内部就可以发生分离， 通过电子空穴层的输运，通过电子空穴层的输运， 最后被电极收集。最后被电极收集。 5 光敏层中的光物理过

4、程光敏层中的光物理过程 光吸收产生电子空穴对，然后演变形成高光吸收产生电子空穴对，然后演变形成高 度离域的瓦尼尔激子。其中一小部分会自度离域的瓦尼尔激子。其中一小部分会自 发的形成自由载流子，激子和自由载流子发的形成自由载流子，激子和自由载流子 共存共存，其其动态数目动态数目根据它们根据它们寿命寿命的变化而的变化而 变化变化。激子的成双重组是很弱的。缺陷辅激子的成双重组是很弱的。缺陷辅 助助的的重组，在些重组，在些CH3NH3PBX3钙钛矿也钙钛矿也 会被抑制。从激子猝灭产生的电子和空穴会被抑制。从激子猝灭产生的电子和空穴 的复合也是很微弱的。俄歇复合在这里是的复合也是很微弱的。俄歇复合在这里

5、是 占主导地位的，在高泵入激励的条件下自占主导地位的，在高泵入激励的条件下自 放大辐射会和俄歇复合竞争。在低的光强放大辐射会和俄歇复合竞争。在低的光强 下，俄歇和自放大复合会受到抑制。下，俄歇和自放大复合会受到抑制。 6 能级和电子转移示意图能级和电子转移示意图 （1 1）电子注入）电子注入; ; （2 2）空穴）空穴注入注入; ; （3 3）辐射激子复合辐射激子复合; ; （4 4）非）非辐射激子辐射激子复合复合; ; （5 5）反电子转移到）反电子转移到TIOTIO2 2的表面的表面; ; （6 6）反电子转移到）反电子转移到HTMHTM表面表面; ; （7 7）电荷复合在）电荷复合在纳米

6、纳米TIOTIO2 2/HTM/HTM界界 面面。 7 优点 合适的直接 带隙 高的吸收系 数 优异的载流 子输运性能 一般的带隙约为一般的带隙约为 1.5eV通过卤族通过卤族 元素的替代可以元素的替代可以 调节禁带宽度调节禁带宽度 厚度为厚度为 300 nm 左右的钙钛矿材料左右的钙钛矿材料 便能吸收紫外到近便能吸收紫外到近 红外几乎所有的光红外几乎所有的光 子子 优良的双极输运特优良的双极输运特 性，性， CH3NH3PbI3中，中， 电子和空穴的迁移电子和空穴的迁移 率达到率达到 10 cm2/(Vs) 8 高的外量子效率高的外量子效率 PBDTTTPBDTTT和非晶硅和非晶硅AM1.5G AM1.5G S