文 献 综 述

1. 1钙钛矿太阳能电池材料

基于有机-无机杂化钙钛矿材料（CH3NH3PbX3）制备的太阳电池效率自2009年从3. 8%增长到19. 6%，因其较高的光吸收系数，较低的成本及易于制备等优势获得了广泛关注[1]。钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层，还可用作电子和空穴传输层，以此制备出不同结构的钙钛矿太阳电池：介孔结构、介观超结构、平面异质结结构、无HTM层结构和有机结构。

钙钛矿太阳能电池一般是由掺杂SnO2 （fluorine-tin-oxide, FTO或Indium-tin-oxide, ITO）导电玻璃，电子传输层（如TiO2、富勒烯衍生物等），钙钛矿吸收层（如CH3NH3PbX3），空穴传输层（如Spiro-OMeTAD）以及金属电极等部分组成，以FTO/TiO2/CH3NH3PbX3/Spiro-OMeTAD/Au 结构的太阳能电池为例，其工作[2, 3]如图2所示。当钙钛矿层吸收太阳光被激发后，产生一对自由电子和空穴；被激发到钙钛矿导带的自由电子扩散到钙钛矿/TiO2 界面处，并注人到TiO2 的导带中；自由电子在TiO2 层中传输并到达FTO电极，然后流经外电路到达Au电极。在自由电子被激发到钙钛矿导带的同时，空穴也在钙钛矿价带产生并扩散到钙钛矿/空穴传输层界面，然后注人到Spiro-OMeTAD的价带中；空穴在空穴传输层中传输并到达Au电极，在此处与自由电子结合，完成一个回路。

图1 钙钛矿太阳能电池工作原理

钙钛矿结构是一种具有ABX3 晶型的奇特架构，呈现出多种多样的物理性质包括绝缘体、铁电、反铁磁、巨磁/庞磁效应，著名的是具有超导电性。这种CH3NH3PbX3 以金属Pb原子为八面体核心、卤素X原子为八面体顶角、有机甲氮基团位于面心立方晶格顶角位置，这种有机卤化物钙钛矿结构的特点是：

1）卤素八面体共顶点连接，组成三维网络，根据Pauling 的配位多面体连接规则，此种结构比共棱、共面连接稳定。

2）共顶连接八面体网络之间的空隙比共棱、共面连接时要大，允许较大尺寸离子填入，即使产生大量晶体缺陷，或者各组成离子的尺寸与几何学要求有较大出入时，仍然能够保持结构稳定；并有利于缺陷的扩散迁移。