1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）

近几年，我国环境污染和能源枯竭问题日益严重，太阳能电池作为一种清洁可再生的能源，利用其特性将光能转换成为热能、电能和化学能等，在能量转换过程中不会产生有害气体或固体废料，正受到越来越多的关注，因此研究提高太阳能电池光电转换效率意义十分重大。

太阳能电池由第一代晶体硅太阳能发展到如今的第三代新型太阳能电池，是世界各国顶尖人才共同努力的结果。基于薄膜技术和敏化材料发展起来的第三代新型太阳能电池，相比第一和第二代，其光电转换效率可达两者数倍之多，很快成为光伏研究领域的新星。在种类众多的第三代太阳能电池中，介孔型钙钛矿太阳能电池却是近几年来的研究热点，因其是由敏化太阳能电池改进发展而来的新型太阳能电池，具有更加清洁，便于应用，且制造成本低而效率高等显著优点，成为国家和各个部门的资源首选研究对象。

从2009年日本科学家Miyasaka首次报道的新型太阳能电池的光电转换效率仅为3%开始，世界各国科学家便开始争相研究突破这一数据：韩国科学家Park课题组在2011年将其效率提高到6. 5%；2013年英国科学家 Snaith研究组再一次将这一效率增加到15. 9%；当Yang Yang在2014年4月的Materials Reseach Society会议上报道其小组已经成功制备出电池效率高达到19. 3%的太阳能电池时，韩国Seok课题组又一次取得令人振奋的进展：在2015年5月的《Science》上报道, 其团队制得的高质量FAPbI3钙钛矿太阳能电池, 效率达到了20%以上。近几年的发展历程显示，尽管太阳能电池光电性能在不断的提高，研究成果涵盖设计，制备等诸多方面，但是其效率还是不够，为此如何进一步提高这一效率成为各国太阳能电池产业和研究的重要项目，本次的课题实验也正是由此而实施。

相关资料和各界研究成果显示，在有机太阳能电池领域，金属的表面等离激元效应是应用最广泛的，尤其对于介孔型钙钛矿太阳能电池。其中最具有代表性的就是金银的纳米级颗粒，而其中的银纳米颗粒在电阻率与电子传输等性能上更是优于金纳米颗粒。经研究发现在制备有机太阳能电池时，银纳米颗粒的掺入能有效提高其光电转化效率，因为其金属表面的等离激元共振可以促进有机太阳能电池活性层中部分波段的光吸收。因此将混合银纳米颗粒掺入太阳能电池活性层中可以提高光电流，当活性层与银纳米颗粒接触时，光的吸收和有机太阳能电池的光电转化效率都会得到提高。此外，银纳米材料的良好的导电性、化学稳定性、高塑性和抗氧化性等优点，也能对太阳能电池的光电效率的提高产生促进作用。同时现有研究发现，不同形状、结构和尺寸的银纳米材料对太阳能电池的光电效应影响也不尽相同，基于此本文主要研究介孔层混合银纳米棒浓度对电池效率的影响，且通过实验优化浓度提高电池性能。

2、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

一、基本内容和目标

随着近几年来的研究和实验的不断深入，钙钛矿太阳能电池的结构也发展出了多种样式，通常我们把他们分为2类：介观结构和平面异质结构。所谓介观结构即钙钛矿纳米晶附着在具有介观尺寸的n型Ti0₂上，上方沉积有P型的空穴传输材料，三者共同作为空穴传输层。这种结构中介孔氧化物（TiO₂）骨架有不少的空隙，因此我们可以向其中掺入适量银纳米棒以提高电池效率。

为此，我们要通过实验制备研究所需的太阳能电池以及银纳米棒，再通过实验观察记录不同浓度的银纳米棒的掺入对电池光电效率的影响，最终找到最优浓度银纳米棒的光电效率。

二、技术方案及措施

1 制备介观结构钙钛矿太阳能电池

制备实验所需太阳能电池之前我们首先要了解其基本构造，我们实验常用的构造自下而上分别为衬底材料、导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸收层、金属阴极。钙钛矿的主要制备方法有：一步旋涂法、两步沉积法、共蒸发法、气相辅助溶液法等，一步旋涂法是直接旋涂配制好的钙钛矿前驱体溶液，此方法优点是操作简单，但其缺点也很明显：制备的钙钛矿薄膜形貌可控性差且稳定性低。而两步沉积法是先旋涂制备PbI₃膜层，然后再浸泡到含CH₃NH₃I的溶液中从而制备出钙钛矿层，又称为两步法、旋涂-浸泡法。考虑到本次课题设计的实验环境和条件，我们决定采用两步法。

2 制备银纳米棒

目前人们已经采用多种合成方法来合成银纳米棒，如电化学沉积法、热解法、气相合成法、湿化学合成法、水热法和模板法等，但是这些制备方法仍然存在一定的问题，如产物团聚严重、纯度低、粒径分布不均匀、分散性差、工艺复杂等，因此本课题设计实验采用醇热法,在多元醇体系下加入微量氯化钠，以硝酸银为银源，采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂，合成了尺寸比较均匀、具有较高长径比的银纳米棒。

3 将混合银纳米棒掺入钙钛矿太阳能电池中介孔层

在制备好的钙钛矿太阳能电池介孔层中掺入不同浓度的混合银纳米棒，实验观测并记录相应浓度下电池的光电效率，最终找到最优浓度。

3、进度安排

第1-3周：查阅相关文献资料，弄懂课题内容和目标，完成论文总体的布局设计和撰写。

第4-8周：查阅资料弄懂钙钛矿太阳能电池的构造和运作机理，同时明白银纳米棒在其中发生的作用，然后拟定制备钙钛矿太阳能电池和银纳米棒的实验方案，准备好预计使用的各种器材和材料。

第9-13周：正式进入实验观测阶段，用制备好的太阳能电池和银纳米棒进行电池光电效率的实验，实验中注意记录每一次银纳米棒浓度的改变对光电效率的影响，记录下每一组对应的数据留待后期做数据分析，通过分析实验数据以及排除各项误差，慢慢调整银纳米棒浓度最终找到光电效率最大时的最优浓度。

第14-16周：将实验所得数据和相应的数据分析写入论文，并就此说明本次课题的实验结果是否符合预期实验要求，是否达到本次课题的研究目的。

第17周：梳理论文整体结构，整理各个部分语言论述，明晓全篇论文和实验的思路和方案，完成最终论文撰写并准备答辩。

4、参考文献

[1] Snaith H J. Perovskites: The Emergence of a NewEra for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells[J]. Journal of PhysicalChemistry Letters,2013,4(21):3623-3630.

[2] Kakavelakis G, Petridis K, Kymakis E. Recentadvances in plasmonic metal and rare-earth-element upconversion nanoparticledoped perovskite solar cells[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2017,5.

[3] Guo X, Niu G, Wang L. Chemical Stability Issueand Its Research Process of Perovskite Solar Cells with High Efficiency[J].Acta Chimica Sinica, 2015,73(3):211.

[4] 魏智强,徐可亮,武晓娟,等.银纳米棒的醇热法合成与性能表征[J].人工晶体学报,2015, 44(4):1031-1035.

[5] 苏丹,罗聃,周红军.新型钙钛矿太阳能电池研究进展及面临的问题[J].工业催化,2017, 25(8):7-13.

[6] 王晓琳,冯祖勇,吴楠,等.新型钙钛矿太阳能电池的研究进展[J].中国材料进展,2016, 35(12):960-965.

[7] 林龙,邓振波,刘贤德.银纳米颗粒对聚合物太阳能电池性能的提高[J].发光学报,2015, 36(4):449-453.

[8] 张玮皓,彭晓晨,冯晓东.钙钛矿太阳能电池的研究进展[J].电子元件与材料,2014,33(8):7-11.

[9] 常鹏梅,陈亚芍,罗小林,等.醇热法合成单晶银纳米线及其表征[J].化学学报,2009, 67(6):523-528.

[10] Xiaoli Zheng, Haining Chen, Zhanhua Wei,et al.High-performance, stable and low-cost mesoscopic perovskite (CH₃NH₃PbI₃)solar cells based on poly(3-hexylthiophene)-modified carbon nanotubecathodes[J]. Front.Optoelectron, 2016, 9(1):71-80.

[11] Wu J L, Chen F C, Hsiao Y S, et al. Surfaceplasmonic effects of metallic nanoparticles on the performance of polymerbulk heterojunction solar cells.[J]. Acs Nano, 2011, 5(2):959-967.

[12] Liu K, Bi Y, Qu S, et al. Efficient hybridplasmonic polymer solar cells with Ag nanoparticle decorated TiO2 nanorodsembedded in the active layer[J]. Nanoscale, 2014,6(11):6180-6.

[13] Burschka J, Pellet N, Moon S J, et al.Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitizedsolar cells[J]. Nature, 2013,499(7458):316.

[14] MM Lee, J Teuscher, T Miyasaka, TN Murakami, HJSnaith. Efficient hybrid solar cells based on meso-superstructuredorganometal halide perovskites[J]. Science, 2012,338(6107):643-647.

[15] Qiao Y, Li S, Liu W, et al. Recent Advances ofRare-Earth Ion Doped Luminescent Nanomaterials in Perovskite Solar Cells.[J].Nanomaterials, 2018,8(1):43.