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1、2015.11鈣鈦礦太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)述楊皓辰（天津大學(xué)北洋園校區(qū)化工學(xué)院2013級(jí)化工一班，天津300350）摘要：太陽(yáng)能電池是當(dāng)今新能源的典型代表，鈣鈦礦則是太陽(yáng)能電池發(fā)展中一個(gè)新興的朝陽(yáng)領(lǐng)域。為研究鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性質(zhì)，進(jìn)而對(duì)現(xiàn)有的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)進(jìn)行一定的改進(jìn)創(chuàng)新，本實(shí)驗(yàn)小組對(duì)鈣鈦礦的基本結(jié)構(gòu)、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦電池幾種不同的制備方法等進(jìn)行了研究和實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)溶液法仍是現(xiàn)在最普遍易行的方法，與此科學(xué)家們也在不斷革新其制備方法。在研究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們還了解到鈣鈦礦太陽(yáng)能電池雖然是一個(gè)有前途的研究熱點(diǎn)，但同時(shí)
2、也存在著一定的問(wèn)題，有待我們進(jìn)行改進(jìn)。最后，提出了一些發(fā)展展望。關(guān)鍵詞：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池；結(jié)構(gòu)；制備；前景；缺點(diǎn)Abstract：Solarcellisthetypicalrepresentativeofnewenergy.Perovskiteisapromisingareaofthedevelopmentofsolarcell.Tostudysomeaspectsofthequalitiesofperovskitesolarcellandhavesomeinnovationoftheapplianceofperovskitesolarcell,
3、ourprojectgrouphavesomeexperimentandresearchonthestructureofperovskiteandperovskitesolarcell,andsomemethodsofpreparation.Wefindthatthesolutionmethodisstillthemostpopularandeasy-going.Atthesametime,lotsofscientistaretryingsomecreativemethodsofpreparationofperovskite.Duringoure
4、xperiment,wealsolearnthatdespitethefactthatperovskitesolarcellisahotstudydirection,therearesomeproblemsthatwehavetosolve.Finally,wemakesomeoutlookofperovskitesolarcell.Keyword:perovskitesolarcell;structure;preparation;prospect;weakness62015.11鈣鈦礦太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)述一、鈣鈦礦的基本結(jié)構(gòu)理想的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)組成為AB
5、O3，它是以B位或A位陽(yáng)離子為結(jié)點(diǎn)的立方晶體，基本單元如圖1a，如果從B位陽(yáng)離子的配位多面體角度觀察，鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)是由BO6八面體共定點(diǎn)組成的三維網(wǎng)格，A陽(yáng)離子填充于其間形成的十二面空穴中。然而，從院子堆積角度觀察，它卻可以看作兩種原子層交替堆垛而成，圖中我們把同出一個(gè)堆垛的八面體的等邊三角形側(cè)面，用一種陰影勾畫出來(lái)。圖b，c中畫出層中氧負(fù)離子和A陽(yáng)離子的排列情況。[5]它清楚地表明：1.每個(gè)A陽(yáng)離子周圍環(huán)繞著6個(gè)氧陰離子。2.在相鄰的3個(gè)A陽(yáng)離子之間有三個(gè)氧陰離子，他們構(gòu)成小正三角形，每個(gè)氧離子位于相鄰兩個(gè)A陽(yáng)離子中間。3.如果以A陽(yáng)離子為中心
6、觀察，A62015.11鈣鈦礦太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)述陽(yáng)離子組成一個(gè)六方密堆層，在此密堆層的基本單元內(nèi)有一個(gè)氧負(fù)離子密堆單元。這是一個(gè)負(fù)電荷集中區(qū)，為了使三個(gè)氧負(fù)離子穩(wěn)定的結(jié)合在一起，B陽(yáng)離子必須也位于此中心，以A陽(yáng)離子為結(jié)點(diǎn)堆垛形成立方點(diǎn)陣時(shí)，在其密堆單元中的氧負(fù)離子密堆單元相互旋轉(zhuǎn)60°，形成六配位的八面體空間，B陽(yáng)離子位于此中心。B陽(yáng)離子位于過(guò)渡金屬，其d電子軌道雜化，與6個(gè)氧離子的價(jià)層軌道重疊而結(jié)合。[5]在A陽(yáng)離子與氧陰離子的密堆積中，氧密堆單元中三個(gè)氧離子實(shí)際上分屬于三個(gè)氧立方點(diǎn)陣，加上A陽(yáng)離子和B陽(yáng)離子的立方點(diǎn)陣，五個(gè)立方點(diǎn)陣有序的穿插在一起
7、，就構(gòu)成了鈣鈦礦晶體的單元晶胞。[6]圖1二、鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)如圖介孔結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為：FTO導(dǎo)電玻璃、TiO2介孔層、鈣鈦礦層、HTM層、金屬電極，在此基礎(chǔ)上，又把多孔支架層n型半導(dǎo)體TiO2換成絕緣材料Al2O3，形成一種介觀超結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)型太陽(yáng)能電池，實(shí)現(xiàn)了10.49%的轉(zhuǎn)化率。隨后，韓宏偉教授采用C電極來(lái)替代有機(jī)HTM和Au電極，實(shí)現(xiàn)了10.64%的轉(zhuǎn)化率。[4]鈣鈦礦電池中致密的TiO2作為阻擋層，在FTO與TiO2之間形成了肖特基勢(shì)壘，有效的阻止了電子在FTO和HTM及空穴由HTM向FTO的回流。致密的厚度對(duì)電池的性能起著重要
8、的影響，一般在40-70nm。[5]電子傳輸層需要具有較高的電子遷移率，其導(dǎo)帶最小值要高于鈣鈦礦才考的導(dǎo)帶最小值，便于接受有鈣鈦礦層傳輸
