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真空蒸镀法制备钙钛矿太阳能电池文献综述

 2020-06-04 20:28:02  

文献综述

1引言

随着全球能源消耗和环境破坏的日益加剧,传统化石能源很难满足人类经济社会可持续发展的需求,太阳能作为一种清洁可再生能源,为能源供应提供了新渠道,而在各种新型的太阳能电池中,钙钛矿太阳电池以空前的发展速度脱颖而出,其理论转化效率可达50%,自出现以来,其光电转换效率从2009年的3.8%,[1]快速增加到2014年初的19.3%,[2]到2014年底,韩国化学技术研究所(KRICT)又将该光电转换效率提升到20.1%,[3]引起国际学术界高度重视,目前有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池的最高效率效率已达22.1%。

钙钛矿太阳电池之所以具有优异的性能,与电池各功能层的制备工艺及性能密切相关。因此在钙钛矿太阳电池研究领域,对各功能层的制备工艺及性能的掌握尤为重要,可为研究低能耗、制备工艺简单、稳定性高和性能良好的钙钛矿太阳电池提供帮助。

2 钙钛矿太阳能电池结构及工作原理

典型钙钛矿太阳电池结构包括:氟掺杂锡氧化物 ( fluorine-doped tin oxide,FTO) 导电玻璃基底、TiO2致密层、介孔支架层 ( TiO2/ Al2O3) 、钙钛矿吸收层、空穴传输层 ( hole transporting layer,HTL) 和背电极 ( Au/Ag),如图1所示。[4]

图1 钙钛矿太阳能电池基本结构

以FTO/TiO2/CH3NH3PbX/Spiro-OMeTAD/Au 结构的太阳能电池为例,其工作原理[5,6]如图2所示。当钙钛矿层吸收太阳光被激发后,产生一对自由电子和空穴;被激发到钙钛矿导带的自由电子扩散到钙钛矿/TiO2界面处,并注人到TiO2的导带中;自由电子在TiO2层中传输并到达FTO电极,然后流经外电路到达Au电极。在自由电子被激发到钙钛矿导带的同时,空穴也在钙钛矿价带产生并扩散到钙钛矿/空穴传输层界面,然后注人到Spiro-OMeTAD的价带中;空穴在空穴传输层中传输并到达Au电极,在此处与自由电子结合,完成一个回路。

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