【《钙钛矿太阳能电池发展研究国内外文献综述》1600字】

钙钛矿太阳能电池发展研究国内外文献综述1.1钙钛矿材料1839年，德国科学家GustavRose在俄国考察时在乌拉尔山脉南部发现了元素组成为CaTiO3的矿物，为纪念俄国地质学家LevPerovski，因而将其命名为“perovskite”。钙钛矿，对于研究地球科学的研究者们而言，通常指的是MgSiO3[9]和CaSiO3[8]（镁钙钛矿、钙钙钛矿）材料[10]。而对于将其用作光伏材料的研究者们而言，钙钛矿材料不再是一种矿石，在凝聚态物理里，钙钛矿材料在广义上就用来指具有与CaTiO3相似晶体结构的材料，用化学计量式ABX3表示。从配位多面体角度考虑，理想钙钛矿ABX3的晶体结构如图1-2所示，八面体在三维空间共顶点连接形成稳定的网状框架，A位离子嵌在相互连接的八面体的中心位置，形成配位的立方八面体。由于八面体以共顶点的方式连接，使得八面体之间有足够的空隙，能够填充进较大半径的A位阳离子，丰富了钙钛矿材料的组成[11]。A离子是无机阳离子如Cs+)或有机阳离子基团(如CH3NH3+或CH3CH2NH3+)，B离子是金属阳离子(即Pb2+、Sn2+、Ge2+)和X离子为卤素阴离子(如I−、Br−、Cl−、F−)[12]。 图1-2钙钛矿化合物的晶体结构[13]Figure1-2Crystalstructureofperovskitecompounds[13]1.2钙钛矿太阳能电池的工作原理钙钛矿太阳能电池的工作原理如图1-3所示。在光照条件下，大于钙钛矿禁带宽度的光子会被钙钛矿薄膜吸收，在钙钛矿中会产生电子-空穴对。由于钙钛矿的激子结合能相对较小，电子-空穴对容易分离，分别在导带和价带形成自由载流子。来自钙钛矿导带的电子被注入到电子传输层中，并通过电极进一步流向外部电路，空穴传输层提取价带中的空穴，并与位于空穴输运材料一侧的电极和外部电路形成闭环[14,15]。在太阳能电池的工作过程中，器件中的载流子沿相反方向运动，会导致载流子重新复合，降低太阳能电池的光电转换效率。电子空穴对复合主要包括钙钛矿材料中的辐射复合和非辐射复合。此外，还存在不同材料之间的界面复合，包括钙钛矿与电子传输层或空穴传输层之间的复合，空穴传输层与电子传输层之间的复合，以及传输层与电极之间的界面复合[16]等。因此，为了制备高效的钙钛矿太阳能电池，除了制备高质量的钙钛矿薄膜[17,18]和钝化钙钛矿材料内部缺陷[19,20]外，还可以采用修改界面层[21,22]、优化半导体电荷转移层的能级位置和势垒[23,24]等方法。图1-3钙钛矿太阳能电池工作原理[25]Figure1-3Workingprinciplesofperovskitesolarcells[25]1.3钙钛矿太阳能电池器件结构钙钛矿太阳能电池一般由三个部分组成：分别为电极层、电荷传输层以及光吸收层。电极层：分为底电极和顶电极。他们可以收集吸光层中的光生载流子。底电极需要能够透过太阳光，是吸光层能够充分吸收太阳光。现在常用的底电极为在透明玻璃上沉积的导电材料，通常为ITO、FTO等。顶电极材料一般为导电性好的金属电极。现在常用的为Au、Ag等。电荷传输层：分为电子传输层和空穴传输层。电荷传输层通过快速的提取自由电子（自由空穴）将其输送到阴极（阴极），要求其有优异的电子（空穴）迁移率、良好的透光性以及与吸光层相匹配的能带结构。目前常用的电子传输材料为TiO2和SnO2，常用的空穴传输材料为Spiro-OMeTAD和NiO。光吸收层：为钙钛矿层。吸光层为了能够尽可能的吸收太阳光，需要拥有一定的禁带宽度。有机-无机杂化钙钛矿材料是最早研究的钙钛矿材料，具有代表性的为MAPbI3、FAPbI3。由于有机-无机杂化钙钛矿材料中的有机阳离子极易发生分解，目前也有部分研究者将目光投到无机钙钛矿材料如CsPbI3、CsPbI2Br[26]。参考文献[1]Best-research-cell-efficiencies.2021,/pv/cell-efficiency.html.[2]JenaAK,KulkarniA,MiyasakaT.Halideperovskitephotovoltaics:background,status,andfutureprospects[J].Chem.Rev.,2019,119(5):3036-3103.[3]高峰,孙成权,刘全根.太阳能开发利用的现状及发展趋势[J].世界科技研究与发展,2001,(04):35-39.[4]ChapinDM,FullerCS,PearsonGL.Anewsiliconp-njunctionphotocellforconvertingsolarradiationintoelectricalpower[J].J.Appl.Phys.,1954,25(5):676-677.[5]魏静,赵清,李恒,等.钙钛矿太阳能电池:光伏领域的新希望[J].中国科学:技术科学,2014,44(08):801-821.[6]YanB,YueG,XuX,etal.Highefficiencyamorphousandnanocrystallinesiliconsolarcells[J].PhysicaStatusSolidiA,2010,207(3):671-677.[7]PowallaM,VoorwindenG,HariskosD,etal.HighlyefficientCISsolarcellsandmodulesmadebytheco-evaporationprocess[J].ThinSolidFilms,2009,517(7):2111-2114.[8]BrittJ,FerekidesC.Thin‐filmCdS/CdTesolarcellwith15.8%efficiency[J].Appl.Phys.Lett.,1993,62(22):2851-2852.[9]O'reganB,GrätzelM.Alow-cost,high-efficiencysolarcellbasedondye-sensitizedcolloidalTiO2films[J].Nature,1991,353(6346):737-738.[10]KangJun,WangLin-Wang.HighDefectToleranceinLeadHalidePerovskiteCsPbBr3[J].Thejournalofphysicalchemistryletters,2017,8(2):489-493.[11]SichaoTong,HanWu,ChujunZhang,etal.Large-areaandhigh-performanceCH3NH3PbI3perovskitephotodetectorsfabricatedviadoctorbladinginambientcondition[J].OrganicElectronics,2017,49:347-354.[12]PonsecaJrCS,SavenijeTJ,AbdellahM,etal.Organometalhalideperovskitesolarcellmaterialsrationalized:ultrafastchargegeneration,highandmicrosecond-longbalancedmobilities,andslowrecombination[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2014,136(14):5189-5192.[13]ZhouY,YangM,PangS,etal.ExceptionalMorphology-preservingEvolutionofFormamidiniumLeadTriiodidePerovskiteThinFilmsviaOrganic-cationDisplacement[J].JournaloftheAmericanChemicalSoci