文档介绍：钙钛矿太阳能电池
岳世忠
钙钛矿
钙钛矿电池的光吸收层是一种有机-无机杂化的材料,化学式为 AMX3(A:CH3NH3+;M:Pb2+;X:I–,Br–或 Cl–)。是典型的钙钛矿(CaTiO3)晶体结构。
晶胞结构MX6构成八面体,并相互接触,组成了三维结构,CH3NH3+嵌入其中。
钙钛矿电池的结构
钙钛矿太阳能电池的结构
染料敏化太阳能电池结构
有机太阳能电池结构
钙钛矿太阳能电池的原理
燃料敏化电池
有机太阳能电池
原理
1 在燃料敏化电池中电子在电解液的输运性很差,CH3NH3PbX3在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,克服这些不利条件。
2有机物电池中,产生的激子的束缚能很大(约为400mev),这就需要很强的内建电场来分离激子,而钙钛矿电池激子束缚能分别只有 50 - 76meV。材料中的激子为Wannier-Mott 型,其意味着在室温下,光生电子-穴对在材料内部便能实现分离,提高电池的开路电压。
钙钛矿电池的原理,在光照下光敏层产生激子,由于激子束缚能较小,在材料内部就可以发生分离,通过电子空穴层的输运,最后被电极收集。
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,激子和自由载流子共存,其动态数目根据它们寿命的变化而变化。激子的成双重组是很弱的。缺陷辅助的重组,在些CH3NH3PbX3钙钛矿也会被抑制。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。在低的光强下,俄歇和自放大复合会受到抑制。
能级和电子转移示意图
(1)电子注入;
(2)空穴注