摘 要

本文借助太阳能电池模拟软件AFORS HET对钙钛矿太阳电池进行模拟，研究不同材料的空穴传输层对钙钛矿型太阳电池的转化效率Eff值的影响。首先针对以硫氰酸亚铜CuSCN作为空穴传输层的钙钛矿型太阳电池进行了数值模拟，其次进行了以三氧化钨WO₃作为空穴传输层的钙钛矿型太阳电池模拟，对两种情况进行了比较，发现以三氧化钨作为空穴传输层的钙钛矿型太阳电池的转化效率要优于以硫氰酸亚铜作为空穴传输层的钙钛矿型太阳电池的转化效率，所得结果对于钙钛矿型太阳电池的空穴传输层的研究具有重要的指导意义。

论文主要研究了以硫氰酸亚铜作为空穴传输层的钙钛矿型太阳电池和以三氧化钨作为空穴传输层对钙钛矿型太阳电池转化效率的影响。

研究结果表明：以三氧化钨作为空穴传输层的钙钛矿型太阳电池的转化效率要优于以硫氰酸亚铜作为空穴传输层的钙钛矿型太阳电池。

本文的特色：研究不同材料的空穴传输层对钙钛矿型太阳电池进行结构优化和机理研究。

关键词：AFORS -HET；钙钛矿；太阳能电池；空穴传输层

Abstract

In this paper，with the help of solar battery simulation software AFORS HET to simulate the solar cell of hole transport layer with different materials on perovskite Eff values of solar cells.First for CuSCN as hole transport layer of perovskite solar cell are simulated，and the second WO₃ as hole transport layer of perovskite solar battery simulation，compares the two kinds of circumstances，found that the WO₃ as hole transport layer of perovskite solar cell Eff values than CuSCN as hole transport layer of the perovskite solar cells，the results for the perovskite hole transport layer of solar cells research has important guiding significance.

Thesis mainly studied the CuSCN as hole transport layer of the perovskite solar cell and WO3 as hole transport layer of perovskite solar cell for the Eff values.

The research results show that the WO₃ as hole transport layer of the perovskite solar cell Eff values than CuSCN as hole transport layer of the perovskite solar cells.

Research of this article features: different materials of hole transport layer of perovskite solar cell structure optimization and its mechanism.

Key Words：AFORS HET; Perovskite; The solar cell; Hole transport layer

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景、目的和意义 1

1.2 国内研究现状 1

1.3 国外研究现状 2

1.4 课题研究内容与预期目标 3

第2章 钙钛矿太阳电池 4

2.1 扩散系数 4

2.2 颗粒大小 4

2.3 掺杂浓度 5

2.4 分析误差 5

第3章 钙钛矿型太阳电池的数值模拟 6

3.1 数值模型 6

3.2 电子传输层-二氧化钛 6

3.2.1 二氧化钛简介 6

3.2.2 二氧化钛物理性质 6

3.2.3 模拟所需的电子传输层 8

3.3 钙钛矿光敏层-甲胺铅碘 9

3.3.1 甲胺铅碘简介 9

3.3.2 模拟所需的钙钛矿光敏层 10

3.4 空穴传输层 11

3.4.1 三氧化钨简介 11

3.4.2 模拟所需的空穴传输层（三氧化钨） 12

3.4.3 硫氰酸亚铜简介 13

3.4.4 模拟所需的空穴传输层（硫氰酸亚铜） 14

3.5 模拟不同空穴传输层的钙钛矿型太阳电池 15

3.5.1 空穴传输层为三氧化钨的钙钛矿型太阳电池模拟 16

3.5.2 空穴传输层为硫氰酸亚铜的钙钛矿型太阳电池模拟 18

第4章 总结和展望 20

参考文献 22

致 谢 23

第1章 绪论

1.1 课题研究背景、目的和意义

国民经济中的基础产业是能源工业，同时能源工业也是技术密集型产业。“安全、高效、低碳”，这集中地体现了现代能源技术的特点，同时也是抢占未来的能源技术的制高点的主要方向。当今，我们对新能源的开发主要是集中在太阳能、氢能、风能、地热能等可再生能源，而其中的太阳能资源不但丰富，而且分布非常广泛，所以太阳能是最具发展潜力的可再生能源^[1]。另一方面，随着全球出现的能源短缺和环境污染等诸多的问题日益突出，太阳能光伏发电因其具有清洁、安全、便利、高效等优良特点，已经成为了世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。

可以说，多种终端能源形式中电力是增长最快的，它引领了全球能源的转型。可以预测，即将到来的2040年，为应对电力需求的增加，以及替代现有的退役装机容量（约占现役装机容量的40%），我们需要新增至少7200GW装机量。国际能源组织（IEA）预测，以我们对于可再生能源利用的强劲增长趋势来看，未来将会使可再生能源的发电量占全球的发电量两者比例至少提高到1/3，到了2040年，可再生能源的发电量将占全球的新增发电量近1/2，市场规模将会达数千亿美元这个级别^[2]。所以我们将目光转向光伏发电，光伏发电就是指利用太阳能电池的方式，直接将太阳的光能转换为电能的过程，这是可再生能源发电中的重要组成部分。当前，光伏发电正在快速地成长，并且已经成为了常规化石能源以及其他能源越来越重要的替代品。

1.2 国内研究现状

当今，在新能源的行业里，电池业主要使用的太阳能电池以碲化镉和硅作为材料，在此我们可以设想，制造太阳能电池要是用钙钛矿作为材料，那么将会达到转化太阳光至少一半的电力，这将会彻底地使得太阳能产业的新格局发生改变。从另一个角度看，这种新材料并不需要用电场来产生电流，这将会减少所需要材料的数量，所产生的电压也能更高，从而可以增加能量的产出；而且，这种新材料对可见光也可以很好地做出反应，对于太阳能电池来说，这是意义十分重大的。世界经济论坛（WEF）之前有列出过将改变人类生活的10大新兴的技术，其中钙钛矿太阳能电池就得以入选^[3]。世界经济论坛认为，及时地观察这些新兴的技术对于我们抢先去了解科技发展的动态是至关重要的，因为这些新兴的技术将会极大地改变我们的世界和生活。作为2013年的“世界十大科技突破”之一，同时也被视为了发展高效能太阳能电池中最具有潜力的新兴材料。我国的研究人员们全面地解决了关于钙钛矿太阳能电池存在的高效率、迟滞现象、器件稳定性、大面积器件均匀性还有一致性等这些重要的问题，并且获得了创造世界纪录的大面积高效率钙钛矿太阳能电池，这会使得钙钛矿太阳能电池接近产业化。世界经济论坛还认为，钙钛矿电池与传统的硅太阳能电池相比起来具有诸多的优势，比如说材料非常容易生产，发电效率可以更高等。市场调研公司Lux Research认为，随着技术的不断改进和产学研合作的加深，钙钛矿太阳能电池这一项技术最早将会于2019年进入商业化的生产^[2]。

钙钛矿太阳能电池是现如今国内与国外太阳能光伏器件的研发领域中的热点，近些年来对于钙钛矿太阳能电池的研发进展十分迅速。钙钛矿型（perovskite）太阳能电池，是继染料敏化太阳能电池之后的又一种新型有机/无机薄膜太阳能电池，钙钛矿型太阳能电池采用的有机无机混合结晶材料，即有机金属三卤化物作为了光吸收的材料，这与太阳光谱匹配从而具有了良好的光吸收性能，很薄的厚度就能够吸收到几乎全部的可见光来用作光电转换。最新的研究发现，以钙钛矿结构作为有机太阳能电池，它的转化效率甚至可高达50%，这是当前市场上已有的太阳能电池转化效率的2倍，这能大幅度地降低了太阳能电池的使用成本^[4]。这项技术目前还处于实验室研究阶段，现阶段的转化效率与理论值差距相比起来还较远，尚未达到产业化和工程化的应用水平。