文档介绍：引言
面对日益紧张的能源和环境危机,对新能源、可再生能源的需求日趋迫切,如何更有效、更低成本地利用取之不尽用之不竭的太阳能一直备受关注。然而传统的硅太阳能电池由于成本高、硅提纯过程对环境污染大等问题, 使其大规模应用受到一定限制。因此,寻找低成本、环境友好的新型太阳能电池成为普遍关注的重点。
3NH 3PbX 3 材料吸收系数高达 10 5; 通过调节钙钛矿材料的组成, 可改变其带隙[2 ] 和电池的颜色,制备彩色电池[3 ] . 另外, 钙钛矿太阳电池还具有成本低, 制备工艺简单, 以及可制备柔性[4 ]、透明[5 ]及叠层电池[6 ] 等一系列优点, 而且其独特的缺陷特性[7 ,8] , 使钙钛矿晶体材料既可呈现 n 型半导体的性质, 也可呈现 p 型半导体的性质, 故而其应用更加多样化. 而且 CH3NH3PbX3 具有廉价、可溶液制备的特点, 便于采用不需要真空条件的卷对卷技术制备, 这为钙钛矿太阳电池的大规模、低成本制造提供可能.
2009 年, 日本人 Kojima 等[1] 首次将有机、无机杂化的钙钛矿材料应用到量子点敏化太阳电池中,制备出第一块钙钛矿太阳电池, 并实现了 %的效率. 但是这种钙钛矿材料在液态电解质中很容易溶解, 该电池仅仅存在了几分钟即宣告失败. 随后, Park 等[9] 于 2011 年将 CH3NH3PbI3 纳米晶粒改为 2—3 nm, 效率提高到 %. 但是由于仍然采用液态电解质, 仅仅经过 10min, 电池效率就衰减了 80%.
为解决钙钛矿太阳电池的稳定性问题, 2012年 Kim 等人[10 ] 将一种固态的空穴传输材料(spiroOMeTAD) 引入到钙钛矿太阳电池中, 制备出第一块全固态钙钛矿太阳电池, 电池效率达到 %. 即使未经封装, 电池在经过 500 h 后, (hole transport material, HTM) 的使用, 初步解决了液态电解质钙钛矿电池不稳定与难封装的问题.
随后 Snaith 等[11 ]首次将 Cl 元素引入钙钛矿中, 并使用 Al 2O 3 替代 TiO 2, 证明钙钛矿不仅可作为光吸收层, 还可作为电子传输层(electron transport material, ETM), 所得电池
效率为 %. 同样是在 2012 年, 瑞士的 Etgar等[12 ] 在 CH 3NH 3PbI 3
后直接沉积 Au 电极, 形成CH 3NH 3PbI 3/TiO 2 异质结, %. 这说明钙钛矿材料除可用作光吸收层和电子传输层外, 还可用作空穴传输层.
钙钛矿太阳电池自 2013 等人[13 ] 首次采用两步沉积方法制备钙钛矿薄膜, 电池效率达到 15%. 随后 Snaith 等[14 ] 采用共蒸发方法制备钙钛矿薄膜, 形成了一种全新的平面异质结电池, 效率达到 %, 引起了全世界的瞩目. 同样是在 2013 年, Yang 等[15 ] 采用溶液法和蒸发法相结合的方法制备钙钛矿薄膜, 所得电池效率为 %
2014 年初, 韩国的 KRICT 研究所已经将钙钛矿电池的转换效率