1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

随着化石能源的使用对环境造成的影响，可持续发展渐渐成为了能源业追求的目标。早在二十世纪七十年代，西方国家就开始了对于可再生清洁能源的探索和开发。1973年美国首次以政府补贴的形式开始推广太阳能发电计划^[1]。目前主要的可再生能源包括了水力发电，风能，太阳能，潮汐能和地热能，而在这些可再生能源中太阳能又以其不受地理位置的限制随处可得、建造周期短易维护、安全无噪声能与建筑物完美结合而更受青睐，所以太阳能必将成为未来最具潜力和影响力的能源。

目前对于太阳能的利用按照能源转换的形式可以分为三个种类^[2]：一种是将光能转化为热能，如太阳能热水器；一种是将光能转化为为化学能，如太阳能制氢；还有就是将光能转化为电能，如太阳能电池。电能作为现在社会最主要的能源，我们的生活无时无刻不需要电能的使用，所以将光能转换为电能最值得人们去探索和发展。光能转化为电能主要利用了半导体或者光敏化剂的光生伏特效应，这类材料在收到光照时，受激产生电子-空穴对，电子-空穴对在电场的作用下分离，随着漂移运动而产生电势差，当有负载链接时就会产生直流电。

现在的太阳电池主要分为三种^[3]：硅系太阳电池，多元化合物电池以及新概念太阳电池。目前市场上主流的是硅系太阳电池，其中以单晶硅太阳电池发展最为成熟。从第一个P-N 结型硅太阳能电池诞生起，经过60多年的发展，硅基太阳能电池效率从当时的 6%提高到现在的24.7%。单晶硅太阳电池转换效率最高，生产技术也较为成熟。但是单晶硅太阳电池的生产成本太高，于是人们试着去开发了多晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池。但是多晶硅电池的转换效率不高和非晶硅太阳电池的稳定性很差，所以这两种电池还是需要时间去慢慢开发，暂时并不能成为主流。第二种多元化合物太阳电池以砷化镓，碲化镉等薄膜太阳电池为代表。传统太阳能电池以硅基为主要材料，具有技术成熟，可靠性高，寿命长等优点，一直是各国研究的重点。但仍存在着转换效率低，材料消耗大，成本高等缺点，限制了其大规模生产和使用。这类额薄膜太阳电池的光转化效率十分惊人，产业上已经达到了30%。但是硒、铟，碲这些都是地球上稀有的元素，所以这类太阳电池的未来发展也必将受到约束。由此发展了第三代太阳能电池，它因较高的光电转换效率，较低的成本，较为简便的制备方法受到广泛关注。它主要包括一些高效率的新概念太阳能电池，具体有染料敏化太阳能电池以及我们所研究的钙钛矿太阳能电池等等。短期内它的效率迅速超过染料敏化电池而接近20%^[4]。

钙钛矿最初是指一种稀有矿石 CaTiO₃，钙钛矿太阳电池是以具有钙钛矿结构的有机 - 金属卤化物等作为核心光吸收、光电转换、光生载流子输运材料的太阳电池。^[5]该电池不仅具有较高的能量转换效率，而且其核心光电转换材料具有廉价、容易制备的特点，这为其大规模、低成本制造提供了可能。^[6]近年来PSCs电池在光伏领域受到很大的关注，它的关键材料是有机金属卤化物CH₃NH₃Pb X₃ (X=Br或I) ^[7]，这些基于铅和锡的卤化物材料大多是立方钙钛矿结构，且在常温下很稳定。钙钛矿是指有机-无机杂化材料的晶体结构为钙钛矿型结构，该结构有很多物理性质包括绝缘体、铁电、反铁磁、巨磁/庞磁效应，最著名的是具有超导电性，其分子通式为ABX₃ (A=有机阳离子B=Pb或者Sn，X=Cl，Br或者I)。以CH3NH3PbI3为例，ABX3型钙钛矿结构是以金属Pb原子为八面体核心、卤素I原子为八面体顶角、有机甲氨基团位于面心立方晶格顶角位置，其晶体结构如图1所示。^[8]

图1 ABX₃的晶体结构^（11）

自2009年，Miyasaka等人首次将这种有机－无机杂化钙铁矿材料应用到敏化太阳能电池中，并得到了3.8%的效率^[8]。然而由于使用的是液态电解质，钙钛矿材料很容易就在里面分解，电池很快就不工作了。为了解决液态电解质对钙钛矿电池稳定性的影响。将固态空穴传输材料引入到钙钛矿太阳能电池中，制备出全固态的电池器件。器件的能量转换效率达到9.7%，并且在未封装的条件下，500h后器件的效率衰减很小，大大的改善了巧铁矿太阳能电池的稳定性。随后，基于固态的钙钛矿太阳能电池迅速发展，在短短3年内，其光电转换效率已达到 22.1%^[9]。作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，钙钛矿层对于电池的性能有着直接的影响。^[10]改进钙钛矿层的制备方法，调控钙钛矿层的结晶过程对于提高电池的光电转换效率和稳定性具有重要意义。钙钛矿太阳能电池性能好坏与吸收层固有的性质有关外，还与钙钛矿吸收层的形貌和规整度有很大的关系^[11]。通过改进钙钛矿材料的制备方式，可以降低吸收层的杂质缺陷，得到结构致密形貌很好的钙钛矿吸收层，规整的形貌有效降低电池的串联电阻和电子界面复合。

随着钙钛矿太阳能电池的进一步发展，钙钛矿太阳能电池的研究范围及应用范围在不断扩展，如建筑集成光伏系统（BIPV），柔性电池、串联电池等。其中基于透明与半透明材料的钙钛矿太阳能电池由于可以完美的和建筑结合，成为广大科研工作者和企业界的关注热点与研究热点。本课题拟采用溶剂热合成法立方体形状的纳米颗粒，并将其应用在钙钛矿介观太阳能电池领域。

参考文献：

[1] 荣耀光. 单基板染料敏化太阳能电池研究 [D]. 武汉：华中科技大学, 2014.

[2] 杨迎. 基于透明介孔对电极的介观太阳能电池研究 [D]. 武汉：华中科技大学, 2015.

[3] 荣耀光, 梅安逸, 刘林峰等. 全固态介观太阳能电池#8212;从染料敏化到钙钛矿 [J]. 化学学报, 2015, 73, 237~251.

[4] Nam-Guy Park. Organometal perovskite light absorbers toward a 20% efficiency low cost solid-state mesoscopic solar cell [J]. J. Phys. Chem. Lett., 2013, 4(15): 2423~2429.

[5] 刘成, 沈璐颖, 徐郑羽等. 钙钛矿太阳电池的研究进展 [J]. 化工进展, 2014, 33(12),

3246~3252.

[6] 刘春娜，钙钛矿太阳电池研发进展 [J]. 电源技术, 2014, 11(38), 11~12.

[7] 岐晓蕾，介观钙钛矿太阳能电池的研究 [D]. 北京：北京信息科技大学, 2016.

[8] Liu Mingzhen, Johnston Michael B., Snaith Henry. Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition [J]. NATURE, 2013, 501(7467): 395

[9] Qin Peng, Domanski Anna L. Chandiran Aravind Kumar, et al. Yttrium-substituted nanocrystalline TiO2 photoanodesfor perovskite based heterojunction solar cells [J]. NANOSCALE. 2014. 6(3): 1508-1514.

[10] 武其亮. 钙钛矿太阳能电池界面层材料及钙钛矿层形貌调控的研究 [D]. 合肥：中国科学技术大学. 2016.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

研究的问题透明钙钛矿太阳能电池是太阳能电池发展的一个重要方向。但目前基于透明钙钛矿太阳能电池的研究主要采用磁控溅射或者、真空热沉积的方式制作金对电极。本文拟采用通过丝网印刷的方式制作介孔结构的ito透明导电薄膜，并将其应用在介观钙钛矿太阳能电池领域。拟采取的结构如图1所示。