钙钛矿太阳能电池应用研究与进展

曲海龙

摘 要：随着我国经济的发展和科技水平的不断提升，能源消耗量不断增加，煤炭、石油等不可再生资源日益减少，且在资源开发过程中对自然环境的破坏严重，因此，积极开发和利用太阳能等清洁型能源有较大的现实意义。目前，钙钛矿太阳能电池逐渐受到社会各界的广泛关注，相关研究日益增多。因此，主要介绍了钙钛矿太阳能电池应用研究的进展。

关键词：钙钛矿太阳能电池；太阳能；光电转化效率；电子

中图分类号：TM914.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.050

钙钛矿太阳能电池的结构主要分为介观结构、平面异质结构两种。在介观结构中，CH3NH3PbX3介观尺寸中的TiO2与染料敏化太阳能电池十分相似；在平面异质结构中，可在吸光材料中分离太阳能电池，这对提高器件的灵活性有重要的作用。随着相关科研人员对太阳能资源的不断开发和利用，钙钛矿太阳能电池的应用研究取得了重大突破，这对工业生产起到了积极的作用。

1 钙钛矿太阳能电池的主要类型

目前，钙钛矿太阳能电池主要有以下3种类型：①介孔型电池。受到光子的影响，钙钛矿太阳能电池会发生激子分离的现象，进而形成电子和空穴。受吸光材料的影响，TiO2会不断地筛选电子，并将其传至FTO表面。此外，在传输层的作用下，空穴可直接接到电极上。②平板型电池。该类型的钙钛矿太阳能电池主要朝着低温的方向发展，具有成本低等优点。该电池在光照的作用下会产生电子-空穴对，进而使电子更加活跃。当电路接通后，电子-空穴对会快速移动，产生电流，进而充分发挥钙钛矿太阳能电池的作用。③柔性电池。截至2015年，在全球对柔性钙钛矿太阳能电池的研究中，主要采用了原子层气相沉积的制造方式，这在一定程度上使电池的制造效率提升了12.2%.

2 吸光材料的影响

吸光材料对钙钛矿太阳能电池有一定的影响。不同类型的吸光材料对钙钛矿太阳能电池造成的影响研究主要包括以下5个方面的内容：①Park研究发现，在TiO2薄膜为3.6 μm的情况下，CH3NH3PbI3薄膜染料分子的吸光系数是钌基的10倍；②Gratzel等人通过系列实验发现，光电效率提升至9.4%后，电池中的电流、电压会随着TiO2纳米线的延长而减小，这对提升电池器件的稳定性有积极作用；③Sanchez采用CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI3-xCLX两种吸光剂制备了钙钛矿太阳能电池，其光电效率为9.2%；④Jeon在实验中将CH3NH3Pb（I1-XBrx）3作为吸光材料，通过对Br的改性，降低了太阳能电池对湿气的敏感性，这对提升太阳能电池在多种环境中的适应性有重要的意义；⑤Seok将CH3NH3（I1-XBrx）3作为主要吸光材料，使钙钛矿太阳能电池的光电转化效率提升至12.3%.

吸光层是钙钛矿太阳能电池的重要组成结构之一，其技术水平直接影响着电池的光电转换效率。吸光层制备技术的应用研究主要包括以下3方面：①Carnie等人采用液相一步法和旋涂法制备了CH3NH3PbI3吸光层，但基于该方法的电池的光电转换效率相对较低。②Xiao等人采用了两步沉积技术，将PbX2旋涂于TiO2薄膜上，进而可沉积CH3NH3X有机分子。虽然该方法提升了CH3NH3PbI3膜层的覆盖率，但电池的光电转换效率仍然较低。③TAKEOKA等人利用双源气相沉积法进行了研究，成功制成了平面异质结钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率可达15%.

3 空穴传输层材料的影响

空穴传输层和无空穴传输层的材料会对钙钛矿太阳能电池造成一定的影响，相关研究人员应对该问题予以重视。针对引入空穴传输层的太阳能电池的研究主要包括以下4方面：①Noh研究团队将PTAA作为HTM，其制备的电池的光电转换效率为12%.②虽然GIacomo等人将P3HT、Spiro-OMeTAD作为HTM制备的电池的光电转换效率为12%，但基于Spiro-OMeTAD材料的制造过程具有复杂、成本高等特点。③Christians和Qin分别以Cul和CuSCN为材料制造了钙钛矿太阳能电池，有效降低了制造成本。④在Fang的研究中，其制造的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为14%.

在无空穴传输层材料对钙钛矿太阳能电池的影响研究中，孟庆波团队取得了较大的成果，首次利用原子层沉积技术进行了相关研究。具体而言，该团队将Al2O3超薄层加入到了金电极和CH3NH3PbI3中，进而使钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升到了60%.

4 结束语

随着传统能源开发量的不断提升，部分能源面临枯竭，且能源的开发对自然生态环境造成了严重的破坏。对钙钛矿太阳能电池的研发不断推进着我国太阳能资源的开发进程。因此，相关技术人员应进一步加大对太阳能资源的研究力度，积极地开展对钙钛矿太阳能电池的应用研究。

参考文献

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[2]宋志浩，王世荣，李祥高，等.新型空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的研究进展[J].物理学报，2015（03）.

[3]郭旭东，牛广达，王立铎.高效率钙钛矿型太阳能电池的化学稳定性及其研究进展[J].化学学报，2015（03）.

〔编辑：张思楠〕