鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及原理.docx

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1、近幾年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究不斷刷新了光電轉(zhuǎn)化效率的紀(jì)錄，目前已經(jīng)超過(guò)22%了。雖然現(xiàn)在每年光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的90%以上都來(lái)自晶硅電池，但是由于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的優(yōu)良特性眾多，越來(lái)越多的人對(duì)它青睞有加，源源不斷的人力、物力都投入到了相關(guān)研究當(dāng)中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池巨大的魅力也逐漸展現(xiàn)在了人們面前。有趣的是，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中并沒(méi)有鈣元素，也沒(méi)有鈦元素。其實(shí)，它得名于其中的吸光層材料：一種鈣鈦礦型物質(zhì)。鈣鈦礦是以俄羅斯礦物學(xué)家Perovski的名字命名的，剛開(kāi)始單指鈦酸鈣（CaTIO3）這種礦物，后來(lái)把結(jié)構(gòu)

2、與之類似的晶體統(tǒng)稱為鈣鈦礦物質(zhì)。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中常用的光吸收層物質(zhì)是甲氨鉛碘（CH3NH3PbI3），由于CH3NH3PbI3這種材料中既含有無(wú)機(jī)的成分，又含有有機(jī)分子基團(tuán)，所以人們也將這類太陽(yáng)能電池稱作雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦的基本結(jié)構(gòu)及電池構(gòu)造有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池是一種以全固態(tài)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)作為吸光材料的太陽(yáng)能電池。這種材料制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低。鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)通式為ABX3，其中A為有機(jī)陽(yáng)離子，B為金屬離子，X為鹵素基團(tuán)。該結(jié)構(gòu)中，金屬B原子位于立方晶胞體心處，鹵

3、素X原子位于立方體面心，有機(jī)陽(yáng)離子A位于立方體頂點(diǎn)位置。相比于以共棱、共面形式連接的結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，有利于缺陷的擴(kuò)散遷移。在用于高效太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，A位通常為HC（NH2）2+（簡(jiǎn)稱FA+）或者CH3NH3+（簡(jiǎn)稱MA+）等有機(jī)陽(yáng)離子，其主要作用是在晶格中維持電荷平衡，但A離子的尺寸大小可以改變能隙的大小。當(dāng)A離子半徑增大，點(diǎn)陣擴(kuò)張，導(dǎo)致能隙相應(yīng)變小，吸收邊發(fā)生紅移，從而獲得更大的短路電流和16%左右的高電池轉(zhuǎn)換效率。金屬離子B通常為Pb離子，Pb具有良好的穩(wěn)定性，但由于有毒性，因

4、此也常被Ge，Sn，TI替代。以Sn為例，Sn-X-Sn鍵角大于Pb，能隙更窄，ASnX3表現(xiàn)出很高的開(kāi)路電壓和良好的光電特性，電壓損失很小。但在同一族元素中，原子序數(shù)越小，元素穩(wěn)定性越差。為了解決穩(wěn)定性問(wèn)題，將Pb與Sn按一定比例結(jié)合，降低Sn帶來(lái)的不穩(wěn)定性，同時(shí)又獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。鹵素基團(tuán)X通常為碘、溴和氯。其中帶有碘基團(tuán)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在力學(xué)性能上（如彈性、強(qiáng)度等）不如帶有溴基團(tuán)的電池。電子吸收光譜由Cl至I依次拓寬，能隙的紅移也逐次增加。這是由于隨著原子量的升高，元素電負(fù)性變?nèi)酰c金屬離子

5、B成鍵中的共價(jià)作用增強(qiáng)。ABX3型的有機(jī)-無(wú)機(jī)鹵化物在不同溫度下具有不同的結(jié)構(gòu)。杭州奧得科技有限公司，是地處杭州師范大學(xué)科技園的一家創(chuàng)新型高技術(shù)企業(yè)，主要致力于有機(jī)光電材料及中間體等的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。