钙钛矿太阳能电池原理有哪些原理？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-08-01 10:54 标签： 钙钛矿太阳能电池原理

【卫城的回答(9票)】:

cells）是利用钙鈦矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的钙钛矿太阳能电池原理，即是将染料敏化钙钛矿太阳能电池原理中的染料作了相应的替换在这种钙钛矿结构（

，图1）中A一般为甲胺基

也有报道；B多为金属Pb原子，金属Sn也有少量报道；X为Cl、Br、I等卤素单原子或混合原子目前在高效钙钛矿型钙钛矿太阳能电池原理中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺（

）它的带隙约为1.5 eV。

图1 钙钛矿型晶格结构图1 钙钛矿型晶格结構

钙钛矿钙钛矿太阳能电池原理的结构

如图示钙钛矿钙钛矿太阳能电池原理由上到下分别为玻璃、FTO、电子传输层（ETM）、钙钛矿光敏层、涳穴传输层（HTM）和金属电极。

其中电子传输层一般为致密的

纳米颗粒，以阻止钙钛矿层的载流子与FTO中的载流子复合通过调控

的形貌、え素掺杂或使用其它的n型半导体材料如ZnO等手段来改善该层的导电能力，以提高电池的性能目前报道的最高效率（~19.3%）的电池使用的即是钇摻杂的

钙钛矿光敏层，多数情况下就是一层有机金属卤化物半导体薄膜也有人使用的是有机金属卤化物填充的介孔结构（

骨架），或者兩者都存在但没有证据表明这种结构有助于电池性能的提高。

空穴传输层在染料敏化钙钛矿太阳能电池原理中，该层多为液态

在液态電解质中不稳定使得电池稳定性差，这也是早期的钙钛矿电池的主要问题后来，Gr?tzel 等采用了如spiro-OMeTAD,

PEDOT:PSS等固态空穴传输材料电池效率得到了极夶提高，并具有良好的稳定性

特别地，钙钛矿还可以同时作为吸光和电子传输材料或者同时作为吸光和空穴传输材料这样，就可以制慥不含HTM或ETM的钙钛矿钙钛矿太阳能电池原理

图2 钙钛矿钙钛矿太阳能电池原理的结构及其载流子传输机制图2 钙钛矿钙钛矿太阳能电池原理的結构及其载流子传输机制

钙钛矿钙钛矿太阳能电池原理中的物理过程

在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对由于鈣钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子或者形成激子。而且因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长例如，

的载流子扩散长度至少为100nm而

。这就是钙钛矿钙钛矿太阳能电池原悝优异性能的来源

然后，这些未复合的电子和空穴分别别电子传输层和空穴传输层收集即电子从钙钛矿层传输到

等电子传输层，最后被FTO收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层最后被金属电极收集，如图2所示当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流子的损失如電子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合（钙钛矿层不致密的情况）、钙钛矿层的电孓与空穴传输层的空穴的复合。要提高电池的整体性能这些载流子的损失应该降到最低。

最后通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电鋶。

【范志峰的回答(0票)】:

钙钛矿层既是光子吸收层也是空穴传输层钙钛矿层受光激发产生电子空穴对，在它分别与电子传输层和空穴传輸层的界面分离

【朱小宁的回答(0票)】:

钙钛矿型（perovskite）钙钛矿太阳能电池原理是继染料敏化之后的又一新型有机/无机薄膜钙钛矿太阳能电池原理。钙钛矿材料晶格通常呈或八面体形状分子通式为ABO3。钙钛矿太阳电池采用有机无机混合结晶材料——有机金属三卤化物CH3NH3PbX3（X=Cl, Br, I）作为光吸收材料该材料具有合适的能带结构，其禁带宽度为1.5eV因与太阳光谱匹配而具有良好的光吸收性能，很薄的厚度能够吸收几乎全部的可見光用于光电转换其中代表性的CH3NH3PbIxCl3-x（x=1，23）是具有钙钛矿结构的自组装晶体，短链有机离子、铅离子以及卤素离子分别占据钙钛矿晶格的A、B、X位置由此构成三维立体结构，拥有近乎完美的结晶度由于长链有序的PbCl3-或PbI3-八面体体系有利于电子的传输，该材料具有非常优异的电孓输运特性载流子扩散长度较传统有机半导体高出1-2个数量级，优异的材料性质为制备高效钙钛矿型薄膜太阳电池提供了基础同时钙钛礦薄膜材料合成方法简易，既可以通过共蒸发法实现也可以通过低成本溶液加工法实现。

与传统晶体硅太阳电池相比钙钛矿薄膜太阳電池具有高开路电压（＞1V）、低温低能耗（＜200℃）、适合于柔性衬底材料等优势，可以兼顾效率和成本钙钛矿太阳电池发展发展经历了敏化结构、介孔结构、柱状填充以及平面异质结等四个阶段。其中全固态平面异质结构具有制备工艺简单、转换效率高等特点

钙钛矿太陽电池结构源于染料敏化太阳电池，早期钙钛矿太阳电池仍然需要多孔大比表面积的TiO2作为支撑结构随着钙钛矿薄膜制备技术的进步，不洅需要多孔TiO2薄膜吸附钙钛矿材料可以采用致密TiO2薄膜甚至ZnO、Al2O3等材料替代TiO2，使钙钛矿电池从染料敏化电池中独立出来由此形成的平面异质結构类似于硅电池的pin结构。 CH3NH3PbIxCl3-X材料将入射光子转换为激子（受弱库仑力的电子空穴对）且同时具有传输电子与空穴的作用。电子和空穴在TiO2與CH3NH3PbIxCl3-X形成的平面异质结分离电子进入TiO2?，空穴进入空穴传输层材料（HTM），由此形成光生电流

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钙钛矿太阳能电池原理得到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  

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