1. 研究目的与意义（文献综述）

当今时代，能源短缺和环境污染是影响经济和社会发展的重要因素。传统的化石能源既不可再生，又会产生温室气体或者气体污染，已经不能满足当今时代对清洁、环保、可再生能源的需求。太阳一年辐射到地球表面的总量超过地球化石能源储备总量的百倍，是世界上最丰富的清洁能源^[1]。太阳能电池是一种把光能转化为电能的清洁发电装置，是一种有效利用太阳能的形式。

第一代太阳能电池是硅基类的太阳能电池，以材料的不同可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池，晶体硅太阳能电池光电转换效率（pce）可达20%以上，是最成熟的光伏技术之一，占光伏市场90%左右的市场份额^[2]。但是晶体硅相对而言制造成本高、加工工艺复杂，制约了第一代太阳能电池的发展。第二代太阳能电池是薄膜太阳能电池，如碲化镉、砷化镓和铜铟镓硒（cigs）等，该类太阳能电池的优点是光电转换效率高，但其成本高昂，还有环境污染和元素稀缺等问题，导致其无法大批量生产并广泛应用^[3]。第三代太阳能电池是包括染料敏化太阳能电池（dssc）与有机太阳能电池（opv）等，它们制造和成本上都极具优势，但在稳定性和光电转化效率仍需要提高^[4][5]。寻找性能更加优异的太阳能发电材料，降低成本并提高太阳能能电池的效率是大势所趋。

自从第一个有机无机杂化钙钛矿太阳能电池出现以来，钙钛矿就成为了充满前景的太阳能吸光材料。钙钛矿型有机无机杂合物是一种化学式为abx₃的有机无机杂化材料，其中a位一般是ch₃nh₃ 等离子半径较小的粒子，b位一般是pb² 等具有光电性能的金属粒子，x一般是cl^-、br^-或i^-等卤素离子。钙钛矿太阳能电池（psc）的光电转化效率近几年来迅速崛起，近来被证实达到22.1%^[6]。尽管新型钙钛矿材料和制备技术的进步使光电转化效率迅速提高，但钙钛矿太阳能电池的稳定性问题依然未解决。主要问题在于大多数有机无机杂化钙钛矿材料，如ch3nh3pbx3（mapbx₃）和ch(nh₂)₂pbx3（fapbx₃），在潮湿和热环境下不稳定^[7]。提高其稳定性的必要路线就是开发具对潮湿和热条件高度稳定的新型钙钛矿材料。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：把CsPbI₃掺杂CsPbBr₃得到的CsPbBr_xI_3-x作为目标钙钛矿材料，调配PbBr₂和PbI₂的比例，并通过溶液一步法旋涂在基片上成膜。

材料表征：对不同掺杂比例的全无机钙钛矿材料CsPbBr_xI_3-x进行结构表征和光电性能测试，通过XRD、SEM等表征手段对其形貌结构构成进行分析，用紫外可见吸收光谱、荧光吸收光谱和外量子产率等方法对吸光层和器件做进一步的表征，并测试钙钛矿薄膜随时间变化的薄膜形貌和光电性质的改变。

2.2 研究目标

1、调节CsPbI₃和CsPbBr₃的成膜条件，获得高效重复性好的钙钛矿太阳能电池；

2、对钙钛矿吸光层进行扫描电子显微镜、X射线衍射、紫外可见和荧光吸收的表征。

3、对太阳能电池进行光电和外量子产率测试，研究其稳定性。

2.3 技术方案

1、通过一步溶液法制备钙钛矿层。首先根据所需浓度，选择配比将CsI/ CsBr 、PbI₂和PbBr₂三种试剂混合，用DMF溶解，最后每1mL DMF加入33 μL HI（57%w/w），可得到100 mL CsPbBr_xI_3-x钙钛矿溶液。按掺杂比例列表如下：

CsPbBr_xI_3-x==CsI PbI₂ PbBr₂ (x=0~2)

CsPbBr_xI_3-x==CsBr PbI₂ PbBr₂ (x=2~3)

在手套箱内的匀胶机上，在覆有一层致密的TiO₂电子传输层的FTO玻璃基板上旋涂钙钛矿溶液，转速为5000rpm,30s，使用反溶剂法促进晶体析出，然后在100℃加热面板上退火10 min，最后旋涂spiro-MeOTAD作为空穴传输层（HTM），在表面镀上金电极，得到CsPbBr_xI_3-x全无机钙钛矿电池。

需要调控的成膜条件包括CsPbBr_xI_3-x钙钛矿溶液浓度、匀胶机转速、旋涂时间、退火温度和时间。

2、通过对不同配比所得的CsPbBr_xI_3-x钙钛矿太阳能电池进行成膜厚度检测、I-V曲线分析，分析电池效率；通过正常环境静置后再进行I-V曲线分析，测试电池衰减，对其稳定性进行评估。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-9周：调节cspbi₃和cspbbr₃的成膜条件，获得高效的太阳能电池效率。

第10-14周：对得到的钙钛矿吸光层和太阳能电池进行表征，并对得到的数据进行分析处理。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] nelson j. the physics of solarcells [m]. world scientific publishing co inc, 2003.

[2] 张秀清, 李艳红, 张超. 太阳能电池研究进展[j]. 中国材料进展, 2014, 第33卷(第7期): 436-441.

[3] 章诗, 王小平, 王丽军等. 薄膜太阳能电池的研究进展[j]. 材料导报, 2010, 24(9): 126-131.