衡维新钙钛矿的研究进展及问题

1、人类对低成本、高转换效率光伏器件的探索从没有止步。年能电池首次被提出人类对低成本、高转换效率光伏器件的探索从没有止步。年能电池首次被提出1。2012 年 8 月以后，人们对该电钙钛突破2-研究取得了一系列界对此高度重视。目前钙钛能电池已然光伏领域内最重要的研究热点之一1 对比了几种薄能电池光电转换效率近 20 年来相比于有机(OPV)敏化(DSSC)和非晶硅(a-矿能电池速度惊人。一开始，其电池的光电转换效率（KRICT）将该效只年初，韩国化学技升到17.9%82014 5 月，加州大学洛杉矶分校(UCLA)等9已经将此效19.3%。这种发展速度是前所未有的，值得究者高度重视得益于材料优异的光

2、电特性以及对相关研究领域成果的借鉴电池在短期内便取得了19.3%的光电转换效率。显然终点，通过进一吸收层质量，匹配各层能级，降电池在短期内便取得了19.3%的光电转换效率。显然终点，通过进一吸收层质量，匹配各层能级，降低传输等措施，制得具20%光电转换效率的电池也将指日可待37若将钛矿电池同传统的 HIT（异质结）或 CIGS（铜铟镓硒）电池组层结构，理论效率甚至能达到 29.6%38。然而，CH3NH3PbX3 和有材料分别对水蒸气和氧气十分敏感及测试一般需要在氮气手套箱中完成39。这给电池的封装带来了诸结构的钙钛矿电池在紫外光诱导下存在严重的效率衰减40。下一步钙钛矿电池的研究重点应是在提

3、高吸收层质量的同时优化器件结构物质铅用锡替代41并且解决电池的封装问题，可以尝试大学的 Snaith 博士已经创办了一家名为Photovoltaics”的司，研究电池。相信，的未来，钙钛能电池也能同晶体能电池一样走进普通大众的视野目的关键科学问题有以下几方面(1)极高吸光能力的微观机理这种新型钙钛矿吸光材料的最大优是它的吸光系数很大, 吸光能力比传10 倍以上, 到目前止其微观机理都没有定论(2)光生载流子的产生机理现有的理论解释存在两种机理的争论激发电子-空穴对电荷)机理和激发激子机理搞清楚光生; 此外, 在有机子的产生机理将对大幅提高其转换效能电池中是否存在内建电场,以及内建电场如卤化物钙

4、钛如此低的能耗下驱动载流子输运和分离也是一个尚待解.(3)高效能量转换的机理: 在钙钛能电池中,Grtzel 等利用序沉积TiO2 纳米骨架, 将有机金属卤化(3)高效能量转换的机理: 在钙钛能电池中,Grtzel 等利用序沉积TiO2 纳米骨架, 将有机金属卤化物钙收层夹在透明电极与空穴传输层之间整个器件由空穴输运所主导Snaith 等则利用包覆钙钛矿的纳米介孔材料获得了优于 15%的转换效率并且发现电子输运主导了整个转换程; 因此, 需要深入研究其中的机理与制约效率进一步提高的关键素(4)界面作用无论是利用溶液法还是相沉积技的钙矿材料都是多晶材料其晶体结构、形貌、粒径尺寸都对界面载流的注入

5、和传导影响; 在电子/空穴的输运过程中, 晶粒、晶所起的作用依然不清楚钙钛矿吸光层与电子传输层、空穴传输层间的界面对整个能量转换的作用到目前也没有太多的研究(5)电子/空穴的输运通道与机理在钙钛矿超导材料中铜氧面在珀对输运过程中是非常重要的;那么在有机金属卤化物钙钛能材料中, 是否也存在类似的输运通道? 其具体的输运机理是什么?关的内容需要更深入的研究无铅钙钛矿材料现在的有机金属卤化物钙钛矿材料含有元素, 在国际许多地方已被列使用的材料, 如何通过金属元替代的方法找到同等或更高转换效率的无铅钙钛矿吸收材料依然.一(7)氧化物钙能材料除了有机/无机复合钙钛矿材料以外具备高吸光性能的氧化物钙钛矿材

6、料也引起了大量的关注必须研究一些能带合适、吸光能力强的无机氧化物钙钛矿材料在高效能量转换方面的潜能(8)具有梯度能带的钙钛矿吸光材料必须研究一些能带合适、吸光能力强的无机氧化物钙钛矿材料在高效能量转换方面的潜能(8)具有梯度能带的钙钛矿吸光材料如果能够通过元素替代的方法出具有梯度能带的新型钙钛矿吸光材料, 就可类似于半导体多能电池器件(目前最高效率已经超40%),其转换效率低的生产成本大(9)新的电子/空穴传导材料现在使用的与有机金属卤化物钙钛矿光层相匹配的是有机空穴传输材Spiro-必须寻找更加效、稳定且廉价的电子/空穴传输材料来提高钙钛能电池换效率(10)进一步提高器件稳定性:尽管等人发现

7、有机金属能电池在全日光辐照下连续使用500 小时后依然化物钙持 80%以上的转换效率, 是迄今为止能电池中最稳定的, 尚需大幅改进才能实现工业化应用(11)大面: 迄今为止, Snaith 等的高转换效率的有机(约 0.3 cm2), 属卤化物钙钛能电池都局限于小面积放大会导致器件的转换效率急剧下降(填充因子急剧变小12)极限转换效率人们最关心的是这种全固态钙钛能电池极限转换效率到底是多少它能否达到单结能电池的Schockley-Quisser 理论极限, 以及通过元素替代出具有梯度带的叠层结构能否以较低成本获得像半导体多结能电aAs)器件那样高40%的转换效率参考文1AKIHIROK,KEN

8、JIROTESHIMA,YASUOS,ethalideperovskitesasvisible-sitizersforphotovoltaiccellsJ.参考文1AKIHIROK,KENJIROTESHIMA,YASUOS,ethalideperovskitesasvisible-sitizersforphotovoltaiccellsJ.AmChemSoc,2009,17(131):6050-2 IM J H, LEE C R, LEE J W, et al. 6.5% efficient quantum-sitizedsolarcellJ.Nanoscale,2011,3(10):408

9、8-3KIMHS,LEECR,IMJH,etal.Leadiodideperovskiteall-solid-esubmicronthinfilmmesoscopicsolarcellwithexceeding9%J.SciRep,2012,2:4LEEMM,TEUSCHERJ,MIYASAKAT,etal.Efficienthybridcellsbasedonmeso-anometalhalideperovskitesScience,2012,338(6107):643-5 BURSCHKAJ, PELLET N, MOON S J, et al. Sequential as a route

10、 to high-performance perovskite-sensitized solar cells Nature,2013,499(7458):316-heterojunction perovskite solar cells by vapour ition 2013, 501(7467):395-KELLY room-singtechniquesJ.NatPhotonics,2013,8(2):133-8 Research Cell Efficiency RecordsEB/OL.2014-04-9PerovskiteSolarCellsKeepOnSurgingEB/OL.201

11、4-05-37PARKNanometal9PerovskiteSolarCellsKeepOnSurgingEB/OL.2014-05-37PARKNanometalightabsorberstowarda emesoscopicsolarcellJ.JPhysLett,2013,4(15):2423-38SNAITHHJ.Perovskites:theemergenceofaneweraforlow-high-efficiencysolarcellsJ.JPhysChemLett,2013,4(21):3623-39NIU G, LIW, MENGF, et al. Studyon the stabilityoft-all-solid-e hybrid solar cells J. J Mater Chem A, 2014, 705-40 LEIJTENS T