「钙钛矿太阳能电池」钙钛矿太阳能电池

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钙钛矿电池是什么意思

钙钛矿电池，是指钙钛矿型太阳能电池。

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。

工作原理

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。由于钙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。

然后，这些未复合的电子和空穴分别被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。

当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流子的损失，如电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）、钙钛矿层的电子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流。

钙钛矿太阳能电池前景是怎么样的？

钙钛矿太阳能电池前景很不错。

太阳能电池将阳光转换为电能，长期以来一直是全球可再生能源愿景的一部分。虽然单个电池非常小，但当升级到模块时，它们可以用来为电池和电灯充电。

如果并排放置，总有一天，它们可以成为建筑物的主要能源.但是目前市场上的太阳能电池使用的是硅，与传统的电源相比，硅的制造成本很高。

这就是另一种相对较新的材料进入金属卤化物钙钛矿的地方。当嵌套在太阳能电池的中心时，这种晶体结构也能将光转换成电能，但成本要比硅低得多。

此外，钙钛矿基太阳能电池可以使用硬质和更薄的基板制作，因此，除了成本更低之外，它们还可以更轻、更灵活。但是，为了具有现实世界的潜力，这些原型需要在尺寸、效率和寿命上得到提高。

现在，在一项新的研究中，发表在纳米能由冲绳科技研究生院的齐亚彬教授领导的能源材料和表面科学部门的研究人员已经证明，以不同的方式创造钙钛矿所需的原料之一可能是这些细胞成功的关键。

中科院在钙钛矿太阳能电池领域连获进展，此类电池的应用前景如何?

首先钙钛矿太阳能电池前景是能够更清洁、更易于应用、制造成本低。虽然钙钛矿太阳能电池的研究如火如荼，但面临的问题也值得关注。首先，这种新型太阳能电池在组装过程中存在稳定性问题，包括材料的稳定性和高效电池器件的稳定性，有机-无机杂化钙钛矿材料含有重金属铅，更好的保障对于电池的保护和利用等各种功能。

其次是针对钙钛矿太阳能电池表面缺陷和水分侵蚀引起的稳定性问题，利用该系列卟啉小分子钝化钙钛矿表面缺陷。机理研究取得重要进展。研究发现，利用这一系列卟啉分子CS0、CS1、CS2处理钙钛矿表面，由于卟啉的疏水性，不仅可以有效钝化钙钛矿表面缺陷，从而抑制钙钛矿/HTM界面之间的非辐射复合。

再者可以通过在薄膜形成的两个不同阶段引入功能性氟化分子，探索了一种减少多晶钙钛矿薄膜缺陷的方法。基于DP策略的PSCs有效抑制了钙钛矿表面和GBs缺陷的形成，同时提高了器件性能和稳定性。新的DP策略通过缺陷钝化延长载流子寿命并抑制非辐射复合损失，从而将VOC从1.10V增加到1.18V，相应的VOC损失为0.39V。

要知道光生电子的提取和光生空穴的排斥力同时减弱，使界面处电子的转移效率急剧下降，导致载流子复合严重，器件的PCE降低。这一新认识提高了对钙钛矿光伏器件结构和异质结界面的理解，解释了无ETL器件PCE低的原因。因此，他们提出了一种新的解决方案，通过延长载流子寿命来解决无ETL钙钛矿光伏器件转换效率低的问题。

钙钛矿电池是什么意思

钙钛矿太阳能电池（PSC）是一种类型的太阳能电池，其包括钙钛矿结构的化合物，最常用的是杂化有机-无机铅或锡卤化物类材料，作为捕光有源层。

钙钛矿材料，如甲基铵卤化铅和全无机卤化铯铯，生产便宜且易于制造。

使用这些材料的设备的太阳能电池效率从2009年的3。8％提高到2020年的25。5％，在单结架构中，在硅基串联电池中达到29。1％，超过了单结硅太阳能电池实现的电池效率。因此，钙钛矿太阳能电池是目前发展最快的太阳能技术。

钙钛矿型太阳能电池具有实现更高效率和极低生产成本的潜力，已成为商业上的吸引力。

钙钛矿型太阳能电池是怎么回事呢？

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，即是将染料敏化太阳能电池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，和也有报道；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太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺（），它的带隙约为1.5 eV。钙钛矿太阳能电池的结构如图示，钙钛矿太阳能电池由上到下分别为玻璃、FTO、电子传输层（ETM）、钙钛矿光敏层、空穴传输层（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、元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掺杂的。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（、和骨架），或者两者都存在，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，在染料敏化太阳能电池中，该层多为液态电解质。由于在液态电解质中不稳定，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，Grätzel 等采用了如spiro-OMeTAD, PEDOT:PSS等固态空穴传输材料，电池效率得到了极大提高，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，就可以制造不含HTM或ETM的钙钛矿太阳能电池。

钙钛矿型太阳能电池是什么原理

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，即是将染料敏化太阳能电池中的染料作了相应的替换。在这种钙钛矿结构中，A一般为甲胺基；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太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺，它的带隙约为1.5 eV。

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。由于钙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。这就是钙钛矿太阳能电池优异性能的来源。

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。当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流子的损失，如电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）、钙钛矿层的电子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流。

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