随着传统的煤炭、石油、天然气的快速消耗，由此带来的环境污染和能源危机日益严峻，因而寻求清洁、绿色、可持续发展的新能源受到全世界前所未有的关注。太阳能被认为是一种清洁安全、取之不尽用之不竭的理想的可再生能源。当前最有效的太阳能利用方式之一是太阳能电池。太阳能发电已逐渐改变世界各国的电力市场占比，而研究人员认为，未来太阳能将变得更高效、更便宜，关键材料就在于一种被称为钙钛矿的晶体全面开发。钙钛矿电池目前被认为是继传统硅电池之后最有前途的接班人，自2009年首次报导曝光至今，短短数年就已被证明具有高达22%的转换效率，几乎与传统硅电池旗鼓相当，而这位新人还有可观的成长空间，但硅电池的效率已长时间停滞在25%左右。迄今为止，钙钛矿的表现超越其他所有新型太阳能材料，钙钛矿薄膜太阳能电池具有诱人的发展前景。在现有技术基础上, 进一步降低成本、提高效率和稳定性、推进其工业化，是其必然的发展趋势。

钙钛矿薄膜太阳能电池的发展起源于敏化太阳能电池，且基于敏化太阳能电池、有机太阳能电池等在过去二十年里积累的相关技术，才得以飞速发展。最早的钙钛矿太阳能电池是采用CH₃NH₃PbI₃敏化TiO₂光阳极和液态I₃^–/I^–电解质，效率只有3.8%（通过优化达到6.5%）。但由于CH₃NH₃PbI₃在液态I₃^–/I^–电解质中不稳定，使得电池稳定性差，目前这方面的研究非常少。采用固态空穴传输材料（HTM）（如spiro-OMeTAD,P3HT等）替换液态I₃^–/I^–电解质，电池效率得到了极大提高，达到16%，已经超过染料敏化太阳能电池的最高效率（13%），并具有良好的稳定性。

在此基础上，H. Snaith等把多孔支架层n型半导体TiO₂换成绝缘材料Al₂O₃或者ZrO₂，并用空穴传输材料组装成薄膜电池，同样也可以实现高效率（已报道的最高效率为15.9%）。这一结果表明这种钙钛矿材料CH₃NH₃PbI₃本身具有良好的电子传导能力。钙钛矿材料在这些结构迥异的太阳能电池中，都能够实现10%以上的高效率，在未来的实际应用中，也许同样会出现多种结构并存竞争的局面。同时，对材料的基本性质和电池工作原理的深入研究和理解也是十分重要的，这不仅有助于进一步提高钙钛矿型电池性能，也能为人们寻找更简单或更高效的新结构提供思路。

此外，针对目前常用的空穴传输材料spiro-OMeTAD合成路线复杂、价格昂贵等问题，孟庆波团队与天津大学李祥高教授合作，研制系列易于合成、成本低廉的小分子空穴传输材料制备钙钛矿电池，获得了与基于spiro-OMeTAD钙钛矿电池相当的光电转换效率（12%~14%，待发表），这些新型小分子空穴传输材料在未来的大规模研究和应用中，有望作为spiro-OMeTAD的替代品降低电池的原料成本。

2. 研究的基本内容与方案

目前普遍采用的钙钛矿太阳能电池的光吸收层为有机无机杂化的CH₃NH₃PbI₃或NH₂CH=NH₂PbI₃，该类材料中约35wt%为重金属铅，然而铅基材料在电子产品中的使用受到欧盟及很多国家的严格限制。最近有研究表明金属铯离子取代有机离子的钙钛矿材料展示了更好的热稳定性。本设计拟采用AFors-Het软件，对无铅钙钛矿平面太阳电池进行优化设计，为无铅钙钛矿电池的制备提供理论指导。

[1]平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展[J].王福芝,谭占鳌,戴松元,李永舫. 物理学报. 2015(03):89-96.

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[4] 赵雷;周春兰;李海玲;刁宏伟;王文静;;a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池薄膜硅背场的模拟优化[J];物理学报;2008年05期672-675.