【钙钛矿太阳能电池结构研究的文献综述2300字】

钙钛矿太阳能电池结构研究的文献综述目前，PSCs通常采用介孔或平面结构。在这两种器件结构中，钙钛矿型光吸收层在电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL）之间，它们分别选择性地将电子和空穴提取到导电电极上。除此以外，根据载流子的流动方向，钙钛矿太阳能电池分为正式结构(n-i-p)和反式结构(p-i-n)。电子从钙钛矿层往底电子传输层传输，空穴往上空穴传输层，即为正式结构(n-i-p),反式结构相反。如图1-4所示，介绍三种不同结构的钙钛矿太阳能电池结构。图1-4不同PSC结构示意图：(a)介孔结构，(b)平面n-i-p结构，(c)平面p-i-n结构。[10]Fig.1-4SchematicdiagramsofdifferentPSCstructures.(a)Mesoporousstructure,(b)planarn-i-pstructure,and(c)planarp-i-nstructure.[10]介孔结构是高性能钙钛矿太阳能电池中应用最广泛的结构之一。整个介孔结构如图1-4A所示。该结构包括阴极(ITO或FTO)、电子传输材料(ETL)、钙钛矿层(Perovskite)和空穴传输层(HTL)组成。通常电子传输层是由致密的TiO2(c-TiO2，50-70nm)和介孔层（mp-TiO2或Al2O3，150-200nm）组成。最后，热蒸发50-100nm厚的金属电极（Au、Al或Ag）。平面n-i-p结构，如图1-4B所示，是介孔结构的创新。介孔钙钛矿结构中的ETL最初被认为是高效器件的障碍，因为在ETL界面上的电子提取比在HTL界面上的空穴提取效率不高。然而，通过精确调整钙钛矿层的组成以及电子传输层、钙钛矿层和金属电极之间的界面，现在可以在没有任何介孔层的情况下获得更高的PCE。这些平面n-i-p结构通常包括一个致密的ETL层。在p-i-n器件结构中，如图1-4C所示，HTL层在钙钛矿层之前沉积。在这种情况下，p型半导体如聚合物(PEDOT:PSS)、氧化物(MoO3、CoOx、V2O5及NiO)、三元氧化物(CuMO2)等。[11-16]有效的空穴传输材料十分重要，对于高效钙钛矿太阳能电池是不可或缺的一部分。1.1电子传输层在钙钛矿太阳能电池中,电子传输材料和异质结界面与载流子的传输、复合过程紧密联系,严重影响着电池的性能。电子传输层还扮演着空穴阻挡层的角色，由于其价带比钙钛矿材料的要低，可以阻止钙钛矿中的空穴传到FTO电极。电子传输层、钙钛矿活性层以及空穴传输层薄膜的平整均一性，以及相邻层之间的界面优化是提高器件性能的关键，而电子传输层的选择至关重要。1.2钙钛矿吸光层钙钛矿作为光吸收层，能够产生电子-空穴对是钙钛矿太阳能电池的核心部件。钙钛矿太阳能电池较高的光电转换效率是由于具有在可见光区域的高吸收系数、电荷扩散长度长、激子结合能较低ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA和带隙可调(1.1~2.3eV)等特点。[17-21]高效钙钛矿太阳能电池（PSCs）主要采用溶液镀膜工艺制备。然而，这些器件的效率随着用于制造它们的前驱体溶液（包括钙钛矿成分的混合物，特别是甲基铵MA和甲脒FA阳离子）的老化时间而显著变化。Min[22]等报道了(FAPbI3)0.95(MAPbBr3)0.05无机-有机杂化钙钛矿前驱体溶液随时间的降解，以及如何有效地抑制这种降解，并讨论了相关的降解机理。这种退化与FA溶液中MA阳离子的损失密切相关，MA离子通过脱质子作用生成挥发性甲胺(CH3NH2)。元素硫(S8)的加入使前驱体溶液在胺硫配位作用下显著稳定，且不影响PSCs的光电转换效率(PCE)。此外，硫引入使前驱体溶液稳定，提高了PSCs的稳定性。图1-5钙钛矿前驱体溶液掺硫以后经历不同时间的SEM图[22]Fig.1-5SEMofperovskiteprecursorsolutionexperiencingdifferenttimeaftersulfurdoping[22]为了比较不同时效的含硫前驱体溶液沉积的钙钛矿薄膜的微观结构变化，通过扫描电镜观察了薄膜的表面形貌，当前驱体溶液放置24小时后，薄膜的形貌在薄膜之间没有显著差异涂有或不涂硫(图1-5c、d、f、g)。然而，在前驱体溶液中沉积72小时的薄膜，其表面形貌因硫的存在或不存在而有很大差异。如图是薄膜沉积来自无硫老化溶液（图1-5e）。1.3空穴传输层空穴传输层有传输空穴和阻挡电子的作用。spiro-MeOTAD是最早应用于全固态PSCs的空穴传输层，也是目前应用最广的。但是，由于其合成复杂导致价格高昂。Chen[23]等提出了一个介观PSCs以Zn2+掺杂的CuGaO2(Zn:CuGaO2)为支架材料和空穴传输材料。实验结果表明，CuGaO2的载流子密度和导电率均显著提高。通过Zn2+掺杂进行改进，有利于空穴转移。此外，介孔结构结合Zn:Cu：GaO2与钙钛矿的匹配能级，可以有效地从钙钛矿中提取空穴，降低电荷转移势垒，抑制电荷-载流子复合。因此，以Zn:Cu:GaO2为基底的最优器件的功率转换效率为20.67%，稳定效率为20.15%，这是基于无甲基铵的PSCs的最佳结果之一。图1-6(a)不同掺杂量Zn2+的CuGaO2的XRD图谱，(b)Zn2+和5%Zn:CuGaO的高分辨XPS光谱，(c-f)Zn3+和5%Zn:CuGaO的TEM图像，以及Zn3+和5%Zn:CuGaONPs的HR-TEM图像[23]。Fig.1-6(a)XRDpatternsofCuGaO2withdifferentdopingamountsofZn2+,(b)XPSspectraofZn2+and5%Zn:CuGaO,(c)TEMimagesofZn3+,(d)TEMimagesof5%Zn:CuGaO,(e)HR-TEMimagesofZn3+,(f)HR-TEMimagesof5%Zn:CuGaONPs[23]图1-6a展示出了原始CuGaO2和Zn:CuGaO纳米晶的X射线衍射图。可以清楚地看到，所有衍射峰都可以很好地索引到菱形结构的CuGaO2(JCPDSNo.41–0255)，此外，图1-6b典型峰值位于1021.7eV为Zn2+的特征峰，表明Zn2+成功地与CuGaO2结合。透射电子显微镜证实纳米片的形貌为正六边形，如图1-6c和d所示。样品呈窄分布，平均尺寸为50nm厚。高分辨率透射电子显微镜图像(图1-6e和f)表明，原始的和5%Zn:CuGaO2纳米片是高度结晶的，相应的快速傅立叶变换测试证实了单晶的性质。从而实现了不同掺杂量Zn2+的高质量CuGaO2纳米粒子的合成。参考文献[1]D.J.Kubicki,D.Prochowicz,AHofstetter,P.Pechy,S.M.Zakeeruddin,M.Gratzel,L.Emsley,PhaseSegregationinCs,RbandK-dopedmixed-cation(MA)X(FA)(1-X)PbI3hybridperovskitesfromsolid-stateNMR,J.Am.Chem.Soc.20139(2017)14173-14180.[2]M.I.Saidaminov,J.Kim,A.Jain,R.Q.Bermudez,H.Tan,G.Long,F.Tan,A.Johnston,Y.Zhao,O.Voznyy,E.H.Sargent,Suppressionofatomicvacanciesviaincorporationofisovalentsmallionstoincreasethestabilityofhalideperovskitesolarcellsinambientair,Nat.Energy3(2018)648-654.[3]H.Mohammad,H,Aswin,Q.Wayesh,S.Porponth,K.Makoto,S.Alberto,K.Dietma,TYuen,Opticsofperovskitesolarcellfrontcontacts,ACSAppl.Mater.Interfaces11(2019)14693-14701.[4]Q.H.Wei,Y.Shuang,W.Yun,C.Xiao,W.T.Yu,T.L.Juan,C.lin,H,Yu,Z.jun,Y.H.Gui,Agradientheterostructurebasedontolerancefactorinhigh-performanceperovskitesolarcellswith0.84fillfactor,Adv.Mater31(2019)1804217.1.[5]T.Shu,L.Ying,X.Hao,Q.Shuai,S.Tao,Sun.Baoquan,Ultrastableandreversiblefluorescentperovskitefilmsusedforflexibleinstantaneousdisplay,Adv.Funct.Mater.29(2019)1900730.1.[6]C.Eames,J.M.Frost,P.R.F.Barnes,B.C.Regan,A.Walsh,M.S.Islam,Ionictransportinhybridleadiodideperovskitesolarcells,Nat.Commun.6(2015)7497-7485.[7]A.Kojima,K.Teshima,Y.Shirai,T.Miyasaka,Organometalhalideperovskitesasvisible-lightsensitizersforphotovoltaiccells,J.Am.Chem.Soc.17(2009)6050-6051.[8]H.SKim,C.R.Lee,J.H.Im,K.B.Lee,T.Moehl,A.Marchioro,S.J.Moon,R.H.Baker,J.H.Yum,J.E.Moser,M.Gratzel,N.GPark,Leadiodideperovskitesensitizedall-solid-statesubmicronthinfilmmesoscopicsolarcellwithefficiencyexceeding9%,Sci.Rep.2(2012)591-598.[9]/ncpv/images/efficiency.[10]J.Ali,Y.Li,P.Gao,T.Hao,J.Song,Q.Zhang,L.Zhu,J.Wang,W.Feng,H.Hu,F.Liu,Interfacialandstructuralmodificationsinperovskitesolarcells,Nanoscale12(2020)5719–5745.[11]X.Jiang,Y.Xiong,A.Mei,Y.Rong,Y.Hu,L.Hong,Y.Jin,Q.Liu,H.Han,Efficientcompact-layer-free,hole-conductor-free,fullyprintablemesoscopicperovskitesolarcell,J.Phys.Chem.Lett.7(2016)4142−4146.[12]M.Cheng,Y.Li,M.Safdari.Solarcells:efficientperovskitesolarcellsbasedonasolutionprocessablenickel(II)phthalocyanineandvanadiumoxideintegratedholetransportlayer.Adv.Energy.Mater,7(2017)1602556.[13]Y.Dou,D.Wang,G.Li,TowardHighlyReproducible,EfficientandstableperovskitesolarcellsviainterfaceengineeringwithCoOnanopl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