1. 研究目的与意义（文献综述）

能源是社会和经济发展的重要基础条件，迄今为止人类社会发展仍然主要依赖于化石能源。但化石能源在地球上的分布极不均衡，并且终究会枯竭。另外燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严重威胁人类社会的可持续发展。太阳电池能够利用太阳能直接转化为电能，可以为人类社会发展提供取之不尽用之不竭的清洁能源，是人类社会应对能源危机，解决环境问题，寻求可持续发展的重要对策。

经过长期的研究与发展，目前单晶硅基太阳电池技术已经比较成熟。但单晶硅基太阳电池存在生产成本高、生产过程能量消耗大、环境污染严重、成本回收时间长等问题。因此，人们还在不断地探索开发更廉价的高效太阳电池技术。经过多年的发展，基于cuingase、cdte、多晶硅、非晶硅等材料的薄膜太阳电池技术已经取得了长足的进步。但这些电池技术仍然存在这样那样的不足，例如cuingase薄膜电池需要使用地壳中非常匮乏的元素in和ga，不利于这种电池的大规模持续应用，而cdte中含有重金属元素cd，会造成环境污染问题。为此，探索高效、廉价、环保的新型太阳电池技术的努力仍在继续，新兴的太阳电池技术不断涌现，包括染料敏化太阳电池、有机太阳电池和量子点太阳电池等。

钙钛矿太阳电池是当今最有前途的几种光伏技术之一，能大幅降低太阳电池的制备成本和使用成本。自2009 年首次报道钙钛矿电池以来，其光电转化效率不足4%，到2013年突破15%，钙钛矿太阳电池迅猛发展，光电转换效率平均每年提高3%。美国《科学（science）》周刊评选2013年十大科技突破之一为钙钛矿太阳电池光电转换效率突破15%，英国《自然（nature）》周刊2014年新年伊始预测今年最值得期待的科技突破之一是钙钛矿太阳电池的光电转化效率有望突破20%，以及无铅钙钛矿太阳电池的出现。而染料敏化太阳能电池自gratzel 1991年发表达到 7.9%，到2013年为 13 % 共用了22年的时间，光电转换效率平均每年仅提高0.3%。

中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所潘旭课题组在一步法制备高连续性钙钛矿太阳电池电子传输层方面取得新进展。相关研究结果发表于《美国化学会应用材料及界面》（acs applied materials amp; interfaces）上。相对于平板钙钛矿太阳电池，介孔钙钛矿太阳电池更加稳定，但其在导电基底先要制备致密空穴阻挡层，然后再制备介孔层，后续还需要进行ticl₄溶液或其他的一些修饰处理，这些都导致了介孔钙钛矿太阳电池的制备过程相对复杂和电池的一致性相对较差。该研究组张旭辉等针对上述问题，采用一步法制备tio₂致密介孔连续层（ccm）。通过一次旋涂致密介孔连续层前驱体溶液后退火处理，在导电基底上获得一层连续的致密介孔层（下半部分致密、上半部分为介孔。），同时起到了空穴阻挡和充当电子传输骨架层的作用。特殊多孔洞介孔层的形成，更有利于钙钛矿层的沉积。由于致密空穴阻挡层和介孔层是一步法制备并且连续，没有传统介孔钙钛矿太阳电池致密空穴阻挡层和介孔层之间层与层的接触，因此更有利于电子在tio₂膜内的传输，减少了电子复合，其光电转换效率从11.90%提高到15.76%。同时，由于ccm tio₂层更加均匀，制备相对于传统介孔钙钛矿电池大大简化，因此电池的一致性也得到了很大的提高。相关研究成果对今后发展新型高一致性介孔钙钛矿太阳电池具有一定的参考意义。

2. 研究的基本内容与方案

钙钛矿太阳能电池由上到下分别为玻璃、FTO、电子传输层（ETM）、钙钛矿光敏层、空穴传输层（HTM）和金属电极。在有机/无机杂化钙钛矿太阳电池结构中，TiO₂多孔层起着传输电子的重要作用，同时TiO₂多孔层的厚度也影响着钙钛矿光敏层的表面覆盖情况，因此TiO₂多孔层厚度对钙钛矿太阳电池性能的影响是一个非常值得研究的问题。钙钛矿光敏层是采用旋涂浸泡法制作的（即先旋涂PbI₂溶液，然后将其浸泡在CH₃NH₃I的异丙醇溶液中）。该方法中，PbI₂溶液的浓度对钙钛矿光敏层的厚度以及钙钛矿光敏层的表面覆盖率有很大的影响，因此PbI₂溶液的浓度对钙钛矿太阳电池的影响同样是一个值得研究的问题。研究(设计)的基本内容如下：

1、TiO₂多孔层厚度对钙钛矿太阳电池影响的研究。通过I-V、IPCE等测试方法探讨钙钛矿太阳电池的光伏特性；通过扫描电子显微镜测量不同TiO₂多孔层的厚度、分析覆盖在不同TiO₂多孔层上的钙钛矿光敏层的表面覆盖情况；通过紫外-可见分光光度计测量覆盖在不同TiO₂多孔层上的钙钛矿光敏层的吸收强度；通过瞬态光电压衰减测量不同TiO₂多孔层所制备的太阳电池的载流子衰减寿命；通过瞬态光电流衰减测量不同TiO₂多孔层所制备的钙钛矿太阳电池的载流子传输速率。

2、PbI₂溶液浓度对钙钛矿太阳电池影响的研究。通过I-V、IPCE等测试方法探讨钙钛矿太阳电池的光伏特性；通过扫描电子显微镜测量不同浓度的PbI₂溶液形成的钙钛矿光敏层的表面覆盖情况；通过紫外-可见分光光度计测量不同浓度的PbI₂溶液所形成的的钙钛矿光敏层的吸收率；通过瞬态光电压衰减测量不同浓度的PbI₂溶液所制备的钙钛矿太阳电池的载流子衰减寿命；通过瞬态光电流测量不同浓度的PbI₂溶液所制备的钙钛矿太阳电池的载流子传输速率。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需文献。确定方案，完成开题报告。

第4－6周：查阅参考文献，了解钙钛矿太阳电池的模拟软件。

第7－11周：钙钛矿太阳电池的结构优化。

第12-13周：整理仿真数据，数据分析与处理。

4. 参考文献（12篇以上）

符凯亮，平面异质结钙钛矿太阳电池的模拟与制备研究[d]，郑州大学硕士学位论文，2015年.

[2]黄利克，平面异质结结构钙钛矿太阳电池的研究[d]，宁波大学硕士学位论文，2015年.

[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.

[4] eperon g e，stranks s d，snaith h j，et al. formamidinium lead trihalide a broadly tunable perovskite for efficient planar heterojunction solar cells[j]. energy environ. sci.，2014，7:982-988.