钙钛矿太阳能电池致密层的制备及电池性能优化开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，全球能源危机和环境污染的日益加重已经严重影响到了人们的生活，化石燃料的逐渐匮乏使得太阳能将与其他新型能源一起成为不可再生能源的补充能源和替代能源。随着光伏产业的迅速发展，太阳能电池的结构不断创新，光电转换效率提高迅速，成本不断降低，太阳能产业呈现出一片光明的前景。但要实现太阳能电池的更广泛应用，还有很多问题亟待解决，如制作成本高，污染较大等问题。太阳能电池的研发工作主要向两个方向进行：一是降低太阳能电池的制作成本，简化制作工艺，使电池能够大批量简易生产；二是提高太阳能电池的光电转换效率，使电池的性价比提高。

钙钛矿太阳能电池是在染料敏化电池的基础上快速发展起来的一种新型太阳能电池，其常用的有机染料被卤化甲胺铅取代，而卤化甲胺铅具有钙钛矿结构，所以被称为钙钛矿太阳能电池。根据钙钛矿太阳能电池结构和机理的不同，可以将这类电池分为四种类型。第一类为染料敏化型钙钛矿电池；第二类为介观超结构钙钛矿太阳能电池；第三类是二维平面钙钛矿太阳能电池；第四类是ch₃nh₃pbi₃/tio₂异质结太阳能电池。

北京大学物理学院朱瑞等人的最新研究结果表明，他们的转换效率已经达到15.4%，非常接近国际最好水平。国外方面，snaith 组优化了氧化钛层旋涂液,降低其退火温度，获得了15.9%的光电转换效率。美国加州大学洛杉矶分校材料工程系的 yang yang 研究组报道的钙钛矿太阳能电池转换效率为 19.3%，但尚没有得到权威机构的技术认证。

2. 研究的基本内容与方案

钙钛矿太阳能电池是一种全新的全固态薄膜电池，具有成本低、工艺简单、效率高等优点，有着非常广阔的应用前景，但电池的性能还有待优化。在钙钛矿太阳能电池中，致密层的厚度和形貌对调控载流子传输及抑制fto导电层电子回传起着至关重要的作用，并显著影响器件的填充因子。前驱体溶液的浓度和致密层的厚度会造成致密层不同的形貌，所以改变这两个条件会得到不同的电池效率。

研究的基本内容为改变致密层前驱体溶液浓度、不同厚度致密层等因素观察对钙钛矿太阳能电池性能的影响，目标为通过对致密层的优化，从而提高电池效率到一个较高的水平。

拟采用的技术方案为：取0.2m、0.3m、0.4m三种浓度的前驱体溶液，先用0.15m浓度的溶液旋涂一层，再取三种浓度溶液中的一种分别制备1-7层薄膜，旋涂仪设置的转速为：time 1 9s 1000r；time 2 30s 3000r。涂完每一层后都要放入125℃干燥箱中加热5min，之后冷却，所有层数都涂完后，放入550℃马弗炉退火，保温60min。多孔层和钙钛矿层设置统一参数。之后测得钙钛矿太阳能电池的效率并制得曲线图观察效率变化趋势，取最好的结果对致密层进行优化。如在实验过程中有新的情况出现，可适当改变技术方案。若还有多余时间，还可研究旋涂法的转速和退火温度对电池光电转换效率的影响。在醇盐水解法的制备中，水是最大的环境影响因素，要尽量避免由于水的引入而造成的误差，因为水的存在会影响醇盐的水解缩聚反应。但由于实验室条件没有手套箱，所以应尽量控制环境湿度较低，并将配置好的溶液在干燥箱中保存。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容为钙钛矿太阳能电池的致密层优化，通过改变前驱体溶液的浓度和致密层的厚度来观察对太阳能电池效率的影响，掌握钙钛矿太阳能电池的原理及致密层的制备方法。并按照流程制作第一批太阳能电池，熟悉制作流程。阅读太阳能电池方面的近年概述，了解太阳能电池的发展过程和发展方向，并完成开题报告。

第4－8周：制定好实验方案，初步按照实验方案进行实验，先预定一个前驱体溶液浓度，改变旋涂层数制作太阳能电池，预计每种浓度每种层数电池至少为2片，计划以四天为一个周期完成一批电池的制作，并测量和计算电池的光电转换效率。

第9－13周：根据前一段时间所得结果适当改变实验方法，并按照方法进行下一阶段的实验和优化，选取出最为合适的前驱体溶液浓度和致密层厚度使电池的光电转换效率得到优化。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]陈海军，王宁，何泓材．基于钙钛矿材料的新型结构太阳能电池器件[j]．电子元件与材料，2014，33（11）：25-28．

[2] 姚鑫，丁艳丽，张晓丹，赵颖钙．钛矿太阳电池综述[j]．物理学报，2015，64（3）：1-8．

[3]魏静，赵清，李恒，等．钙钛矿太阳能电池：光伏领域的新希望[j]．中国科学：技术科学，2014，44（8）：801-821．