随着社会的不断发展，我们地球上的能源如石油，煤炭等等正在逐渐被消耗，从古至今，能源问题一直是我们认为最重要的问题。人类社会从最早的农业社会发展到工业社会再到如今的科技社会，人们对于能源的需求一直在不断地增长，由于石油煤炭都是不可再生资源，且使用石油煤炭这些能源的时候会产生比较多的空气污染，而太阳能则可以很好地解决这些问题。太阳能不仅是取之不尽、用之不竭的可再生能源，能源十分丰富，而且使用太阳能不会产生任何的污染，现如今全球许多的国家和地区都在大力发展太阳能技术。目前，利用太阳能的方式主要是将太阳能转化为电能，设计出各种不同类型的太阳能电池，太阳能电池正是采用了光电转换这种方式，利用光电效应的原理设计一种光俘获材料并制备成电池，来实现从太阳能到电能的能量转换。

正是由于太阳能电池的发展需要，钙钛矿太阳能电池就应运而生了。钙钛矿在自然界中比较常见，其通用化学式为ABX_3,，虽然说具有钙钛矿晶体结构的材料比较多，但是不同材料的性能却相差较大。钙钛矿太阳能电池具有转换效率较高、制造成本较低且能耗也较少，国内外已经有很多科学家在研究钙钛矿太阳能电池，涌现出许多优秀的成果。

在2009年，Miyasaka等人首次将CH₃NH₂PbBr₃、CH₃NH₂PbI₃作为光敏剂制成染料敏化电池，效率达到3.8%，为钙钛矿太阳能电池的发展奠定了基础。之后在2011年，Park等人通过优化CH₃NH₂PBi₃和二氧化钛的制备工艺，使电池的效率达到6.5%，但由于使用的液体电解质，该电池在使用10分钟之后效率下降了80%。为了解决这个问题，在2012年，Grauml;tzel 和 Park 等人用固态 spiro - OMeTAD 作为空穴传输层, 制成了固态的钙钛矿太阳能电池, 电池的转换效率达到9.7%。Snaith等人用Al₂O₃代替TiO₂, 用CH₃NH₂PbBr₃作吸光层, 效率达 10.9%。在此之后，各国的科学家都做出相应的改进，钙钛矿太阳能电池的转换效率不断提升，经过这些年的努力，其能量转换效率已经达到了22.1%，这已经是一个特别高的转换效率了。

在我国，也存在许多研究人员进行了钙钛矿太阳能电池的设计，国内对钙钛矿太阳能电池的研究也取得了突破性的进展。例如在2014年，中国科学院物理所的孟庆波研究小组报道了一种无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，其最高的能量转换效率达到了10.49%。而后，国家纳米科学中心的丁黎明小组采用NH₄Cl作为添加剂，改善了吸光层结晶和形貌，提高了电池效率，可达9.93%，在2016年，该小组又发明了PSS-Na改性PEDOT∶PSS的新方法，当CH₃NH₂PbI₃作吸光材料时，能量转换效率达到15.56%；当CH₃NH₃PbBr₃作吸光材料时，能够获得高达1.52V的电压，是目前钙钛矿/PCBM电池最高的电压。

钙钛矿太阳能电池的不断发展，为当今世界人们对太阳能电池的利用做出了巨大贡献，而不断提高的能量转换效率也增加了对太阳能的利用率，面对目前发展越来越好的形势，让我们有理由相信，未来我们对太阳能的利用将会变得更加合理有效，钙钛矿太阳能电池将会变成新一代的低成本的主流产品。

2. 研究的基本内容与方案

钙钛矿太阳能电池的研究在近5年内迅速发展，已经成为非常有活力的研究领域，在较短的时间内电池的效率得到了显著的提升。钙钛矿太阳能电池中各层材料的制备及结构都对电池性能有较大的影响。本次设计将主要围绕碳电极钙钛矿太阳能电池展开，重点研究C电极材料、制备工艺对太阳电池性能的影响。

一般来说，我们可以用导电性能较好的金或者银作为电极进行导电，但是金、银的成本太高，我们选择导电性能同样优秀的碳材料作为电极。碳材料的能源比较多，具有优良的导电性能，同时又有催化氧化还原的能力，且制作成本较低，许多研究人员都会选择碳作为电极。不同形态的碳材料其物理和化学特性也不尽相同，我们可以使用普通的炭黑、石墨、石墨烯以及碳纳米管等作为电极来进行研究。