钙钛矿太阳能电池简介

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钙钛矿太阳能电池简介

作者：张金晶

来源：《商情》2016年第26期

【摘要】2009年日本同盟横滨大学的教授Akihiro Kojima首次将CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3制备成吸光层用到染料敏化太阳能电池，得到3.8%的效率，后来由于液态电解质导致钙钛矿材料很快分解，从而使电池效率很快衰减。但是研究人员很快意识到钙钛矿既善于吸收阳光，还能运送电荷。本文就钙钛矿的基本知识做简要讲解。 【关键词】钙钛矿 FTO 金属离子 引言

近五年来，钙钛矿太阳电池的开发应用速度都很快，随着制备工艺以及商业化进程不断成熟，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率由2009年的3.8%发展到了20.1%的水平。而硅电池用了几十年效率才达到百分之三十几，所以相比硅时代的太阳能电池来说，钙钛矿太阳能电池有望在以后的太阳能电池行业占有很大的份额。 1. 钙钛矿太阳能电池的结构

钙钛矿太阳电池的叫法来源是因为其吸光层（CH3NH3PbIx）具有钙钛矿的结构，而不是因为其中含有钛酸钙（CaTiO3）这种物质。这一类有机-无机混合的金属卤化物类钙钛矿结构半导体以常见的ABX3形式存在的，其中A的位置是一个一价有机阳离子，B的位置是一个金属阳离子，而X是卤化阴离子。阳离子也可以是一种无机阳离子，如铯。但最有前景的结果是来自有机阳离子的使用，如甲胺基离子（MA）和甲脒离子（FA）。

最常用的有机–无机钙钛矿材料是CH3NH3PbI3-x-yBrxCly（MAPbI3-x-yBrxCly），所以钙钛矿型太阳能电池所拥有的这几个优势使它非常适用于光伏技术，半导体光源，甚至是镭射激光。该材料可以在低温溶液法制备形成高度结晶的薄膜前驱体。其带隙可以通过修改卤化物组分来调节。这类钙钛矿型太阳能电池表现出优秀的高光致发光寿命与迁移率。此外，他们受益于高载流子迁移率，再加上长载流子寿命，意味着它们可以具有超过长的载流子扩散长度的吸收深度。

图1所示就是钙钛矿结构示意图：A原子一般是甲胺基离子（CH3NH3+）；B原子一般是金属原子Pb，为了改善其性能也可以掺入少量Sn原子；X原子一般为Cl、Br、I等卤素单原子或混合原子。

钙钛矿太阳能电池的主要结构，主要包括FTO导电玻璃、致密层、介孔层、绝缘层、碳对电极。