钙钛矿太阳能电池的研究进展
钙钛矿太阳能电池的研究进展*
周 移1,林 琳2,王艳丽2,何丹农1,
2
(1 上海交通大学材料科学与工程学院,上海200240;2 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司,上海200241)摘要 作为一种新型清洁可再生能源,钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells ,PSC )从发展至今已取得了重大的突破,成为研究的热点三主要介绍了钙钛矿太阳能电池的基本结构和工作原理及电子传输层二钙钛矿层二空穴传输层的制备方法,以及在发展过程中所面临的技术问题,最后展望了钙钛矿太阳能电池未来的研究重点及发展前景三
关键词 钙钛矿太阳能电池 电子传输层 钙钛矿层 空穴传输层中图分类号:TM914 文献标识码:A
Research Pro g ress on the Perovskite Solar Cells
ZHOU Yi 1,LIN Lin 2,WANG Yanli 2,HE Dannon g 1
,2
(1 School of Materials Science and En g ineerin g ,Shan g hai Jiao Ton g Universit y ,Shan g hai 200240;
2 National En g ineerin g Research Center for Nanotechnolo gy ,Shan g hai 200241)
Abstract As a new t yp e of clean renewable ener gy ,p erovskite solar cells (PSC )from the develo p ment have made a ma j or breakthrou g h ,and g et more attention .This p a p er mainl y introduces the basic structure ,workin g p rinci p le of p erovskite solar cells
and the p re p aration methods of electron trans p ort la y er ,p erovskite la y er ,hole trans p ort la y er ,and the technical p roblems in the de -velo p ment p rocess .Finall y ,the future research focus and p ros p ect of p erovskite solar cells are forecasted .
Ke y words p erovskite solar cells ,electron trans p ort la y er ,p erovskite la y er ,hole trans p ort la y er
*上海市国际科技合作基金(
14520720500);上海市青年科技启明星计划(B 类)(15QB1402300);上海市自然科学基金项目(13ZR1429300);上海市闵行区领军人才计划(201541);上海市人才发展计划(201531)
周移:男,1992年生,硕士研究生,主要从事纳米材料的制备与钙钛矿太阳能电池的研究 E -mail :zhou y i92@s j tu .edu .cn 何丹
农:通讯作者,男,1956年生,教授,主要从事纳米材料制备及应用研究 Tel :021-******** E -mail :hdn _nercn@https://www.wendangku.net/doc/e96189883.html, 林琳:
通讯作者,女,1981年生,副研究员,主要从事光电功能材料的制备与应用研究 Tel :021-******** E -mail :linlin21023@https://www.wendangku.net/doc/e96189883.html,
0 引言
19世纪工业革命以来,
对化石燃料的大量开采和利用给人类带来了物质文明的空前繁荣,但这也导致了人们对能源的需求日益增长,传统化石能源等不可再生能源的不断消耗,导致温室气体和各种污染物的大量排放,严重危害了人们的生活三根据BP 石油公司发布的‘2016年世界能源统计年鉴“显示,截止到2015年底全球石油储量为2394亿t ,天然气储量为186.9亿t ,
煤炭为8915亿t ,按现有开采速度估算仅可以满足全球50.7年二52.8年和114年的生产需要三
从20世纪70年代第一次石油危机的爆发开始,可再生能源备受人们的关注,如风能二太阳能二地热能和潮汐能等[1]三而除了潮汐能和地热能,其他所有可再生能源全部都是来自于太阳的能量,太阳能是一个丰富的宝库三
第一次能源危机后,世界各国政府启动了 阳光计划 二 光伏屋顶计划 等项目,寻找化石燃料的替代能源,加大对太阳能的开发利用三在20世纪50年代Bell 实验室工作人员研发出了世界上第一块单晶硅太阳能电池,它的转换效率仅为6%左右三经过多年发展,硅基太阳能电池已经投入实
际应用[2]
,由于其高转换效率(单晶硅最高认证效率
25.0%)[3]
,
在太阳能电池产业中占据主导地位,全球太阳能产量近90%是基于晶体硅太阳能电池三但由于单晶硅材料
价格昂贵二制备工艺复杂二能耗大和污染严重等问题,严重制约了硅基太阳能电池的大规模生产应用,使得晶体硅太阳能电池的发展受到限制三近年来,作为第三代太阳能电池,染
料敏化太阳能电池(D y e -sensitized solar cell ,DSSC )[4-5]
的兴起给这个领域增添了新的篇章,然而成本过高二不稳定和效
率低等问题严重阻碍了其发展三与此同时,出现了一种新型的第三代太阳能电池
钙钛矿太阳能电池三与传统太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池的原材料丰富二制作流程简单二转换效率高并且提升空间还很大,受到了广泛的关注三钙钛矿太阳能电池最早出现在2009年三日本科学家
Mi y asaka 等[6]
首次将有机-无机杂化钙钛矿材料(CH 3NH 3PbX 3,X=Cl 二Br 二I )
应用到染料敏化太阳能电池中作为吸光材料,制备出了新型的太阳能电池,取得了
3.81%的效率三
2016年,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL )
采用涂布工艺与简易真空工艺相结合的技术,试制出了单元尺寸为SD 卡大小的钙钛矿太阳能电池,单元转换效率超过20%三目前,单元转换效率最高的钙钛矿太阳能电池是韩国化学研究所
(KRICT )与韩国蔚山科技大学(UNIST )开发的单元[7],效率为22.1%,但单元面积非常小,仅为0.1cm 2三其结构中,
钙钛矿只是作为吸光的半导体,TiO 2作为电子受体,聚合物充当空穴传输材料三据预测,钙钛矿电池的能量转换效率有望
四
32四钙钛矿太阳能电池的研究进展/周 移等万方数据