1. 研究目的与意义（文献综述）

当今世界，能源问题已经成了制约世界发展的关键问题。随着煤、石油等不可再生资源的逐渐紧缺，人们开始寻求可再生能源的利用方法，其中太阳能成为了科学家研究的主要目标。太阳能电池已经经历了很长时间的发展，从晶体硅太阳能电池到染料敏化太阳能电池，而现在人们主要研究的是钙钛矿太阳能电池。2009年，kojima等首次研制出以钙钛矿型有机/无机杂化材料代替有机染料分子作为吸光材料的太阳能电池，当时效率只有3.8%。人们对钙钛矿太阳能电池的优化主要有吸光材料的种类优化、吸光材料的制备方法优化、空穴传输层优化、稳定性优化等。从2009年到2014年，钙钛矿太阳能电池的效率从3.8%增长到了19.3%，充分说明这种太阳能电池有着巨大的潜力。由于钙钛矿材料较为廉价易得，可制作薄膜太阳能电池用于柔性衬底上，为其创造了广泛使用的可能。但是其稳定性较差，效率低，难以用于大规模生产和大面积使用，还是有很长的路要走。

由于传统的钙钛矿太阳能电池中使用的钙钛矿材料为，pb为有毒金属，对人体和环境有较大危害。这制约了钙钛矿太阳能电池的发展和使用。人们希望通过替换pb来解决含铅类钙钛矿太阳能电池有毒性的这一问题。而金属锡由于具有和金属铅相似的性质，但比铅安全的多，因此人们希望能在钙钛矿太阳能电池中使用锡来代替或部分代替铅，来制作无铅或少铅的钙钛矿太阳能电池，即使用来代替。sn代替pb可以促进太阳能电池的光吸收，并且增加太阳能电池的空穴传输性能。

因为光学带隙的大小主要取决于材料的晶格常数。同属于正八面体结构的钙钛矿材料，而sn和pb的原子半径大小不同，晶格参数会有较大差异，光学带隙也会相应发生改变，因此sn类与pb类钙钛矿太阳电池的性能有不小的差异，而且sn的抗氧化性能更差，这导致sn类钙钛矿太阳能电池转换效率与pb类相比仍然较低，稳定性也有待进一步提高。

2. 研究的基本内容与方案

由于离子半径不同可以导致材料的激子束缚能、介电常数、晶体结构、能级结构等存在较大差异，导致材料的光学带隙不同，从而显著影响太阳能电池的光伏特性。因此，通过调节钙钛矿中离子的组成，从而有效调控钙钛矿材料的能隙，可以制备出高效的无铅或少铅钙钛矿太阳能电池。

由于本次设计的目的就是设计出高效的无铅或少铅钙钛矿太阳能电池，因此首先考虑的就是调节金属原子的比例，即金属锡和金属铅的比例来改善太阳能电池的效率和稳定性。具体方案为在afors-het软件中，对的中的x的值进调整，得到x=1，0.75，0.5，0.25，0时钙钛矿材料的各项性能的数据，通过比较不同x值的钙钛矿材料的价带、导带、能隙、转换效率、稳定性等，来得出锡铅比对于钙钛矿材料性能的影响，在考虑到尽量是铅的含量最小化，从而找到较为优秀的锡铅比，达到优化目的。

此外，还可以通过调节掺杂卤素的比例来改善钙钛矿材料性能。cl、br、i都可以用于制备钙钛矿材料，由于其离子半径的差异，也会导致最终产物的能隙和转换效率不同。同样使用cl和br对i进行部分替换，即和，设置x的值为1，0.75，0.5，0.25，0，使用afors-het软件进行仿真，来比较不同x值的和的各项数据，从而确定较为优秀的掺杂卤素比。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅参考文献，了解钙钛矿太阳电池发展情况，完成开题报告。

第4－6周：掌握afors-het软件仿真步骤。

第7－11周：使用软件按照上述方案完成锡类钙钛矿平面太阳电池的仿真优化。计划第7到9周完成锡铅比的优化，第10、11周完成卤素掺杂比的优化 。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]檀满林 杨帅 马清等，sn 类钙钛矿太阳电池薄膜的掺杂改性研究[j]，无机化学学报，2016,32（9）:1565-1571.

[2] you j b, meng l, song t b, et al. nat. nanotechnol., 2016,11:75-81

[3] ge eperon，vm burlakov，p docampo et al. morphological control for high performance, solution-processed planar heterojunction perovskite solar cells[j], advanced functional materials, 2014, 24(1):151-157.