摘 要

本文借助AFors-Het软件对含锡类钙钛矿太阳能电池进行了仿真模拟，对不同锡铅比的几种情况进行了比较，所得结果对于含锡类钙钛矿太阳能电池的优化具有重要的指导意义。

论文主要研究了在一个以TiO₂为电子传输层，以spiro-MeOTAD做为空穴传输层，以CH₃NH₃Sn_1-xPb_xI₃为吸光层的钙钛矿太阳能电池中，当x变化时，电池性能会发生什么变化。

研究结果表明：当x=1或0.7时电池性能最好。为减少铅的用量，选择CH₃NH₃Sn_0.3Pb_0.7I₃为最佳材料。另外x=0.3和0.5时仿真得出的效率极低，说明这两种钙钛矿材料不适用于这种电池结构。换用ZnO为电子传输材料后，x=0.5的电池性能大幅提升。

本文的特色：模拟了不同锡铅比的钙钛矿太阳能电池，并比较了它们的性能，得出了CH₃NH₃Sn_0.3Pb_0.7I₃最为合适的结论。另外通过比较各种的材料的导带电位和更换电子传输材料，发现改善能级匹配可以改善电池性能，但效果有限。

关键词：钙钛矿太阳能电池；铅取代；电池性能；能级匹配

Abstract

In this paper, the simulation of tin-bearing perovskite solar cells was carried out by AFors-Het software, comparison of several tin-lead ratios. The results are of great significance for the optimization of tin-bearing perovskite solar cells.

The paper is mainly studied the perovskite solar cells with TiO₂ as the electron transport layer, spiro-MeOTAD for the hole transport layer, with CH₃NH₃Sn_1-xPb_xI₃ as the absorptive layer. What happens to the battery performance when x changes.

Research indicates that the battery performance is the best when x = 1 or 0.7. To reduce the amount of lead, We choose CH₃NH₃Sn_0.3Pb_0.7I₃ as the best material. In addition, when x = 0.3 and 0.5, the battery is very inefficient. This shows that these two perovskite materials are not suitable for this battery structure. After the conversion of ZnO for the electron transport material, the battery performance which x=0.5 greatly improved.

Features of this article: Simulated different tin-lead perovskite solar cells, and compared their performance, CH₃NH₃Sn_0.3Pb_0.7I₃ is most suitable. In addition, by comparing the conduction band potential of various materials and replacing the electron transport material, We found that improved energy level matching can improve battery performance, but the effect is limited.

Key Words: Perovskite solar cells; Lead substitution; Battery performance; energy level matching

目 录

第1章 绪论 1

1.1 新能源与太阳能电池 1

1.2 钙钛矿太阳能电池研究进展 2

第2章 钙钛矿太阳能电池 4

2.1 光伏效应 4

2.2 钙钛矿材料 4

2.3 钙钛矿太阳能电池结构 5

2.3.1 介观结构 6

2.3.2 平面异质结结构 7

2.3.3 空穴传输层 7

2.3.4 电子传输层 8

2.4 钙钛矿太阳能电池的制备 9

第3章 钙钛矿太阳能电池性能仿真 13

3.1 含锡类钙钛矿太阳能电池的意义 13

3.2 掺杂对钙钛矿材料的影响 13

3.3 技术方案 14

第4章 钙钛矿电池仿真结果与分析 16

4.1 纯铅和纯锡的钙钛矿电池仿真 16

4.2 锡铅掺杂的钙钛矿电池仿真 20

4.3 以ZnO为电子传输层的钙钛矿电池仿真 22

第5章 总结与展望 27

5.1 结果总结 27

5.1.1 设计结论 27

5.1.2 继续探索的方向 27

5.2 钙钛矿太阳能电池发展展望 28

参考文献 29

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 新能源与太阳能电池

在人们的生产工作中，只依靠人力是远远不够的，因此必须寻找其它动力。早在古代人们就在河流旁建造水车来利用水力，但是这样不仅动力不足，也把地点限制在河流附近。直到第一次工业革命，人们开始使用以煤为能源的蒸汽机来提供动力，生产力才得以大幅发展，从此，人们的生产活动离不开能源的支持。第二次工业革命时，人们又开始以石油为能源，用内燃机提供动力。后来人们学会了使用电能，其本质仍然是将不同能源的能量转化为电能便于传输和使用，而其中化石能源被大量用于发电。直到现在，煤和石油仍然是人类使用的主要能源。但是，长期的使用已经让这些不可再生的化石能源逐渐短缺，同时人类的工业水平迅速提高，需要的能源越来越多，寻找其他能源已经刻不容缓。

在使用化石能源时，人们已经发现燃烧煤和石油等燃料时产生的污染非常严重，制约着人类的可持续发展。因此寻找新能源时不仅要求能源充足，短时间内不会耗尽，还要求使用时非常清洁，不会造成严重污染。而太阳能作为一种便于利用、清洁、可再生的能源，受到人们的广泛关注。