电子传输层/二维钙钛矿薄膜界面调控研究开题报告

全文总字数：4421字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着科技进步和人类社会的快速发展，工业化的进程不断加速，人们对能源的需求不断增长。近些年，煤、石油和天然气等传统化石燃料被大量开采和使用。这些不可再生的化石能源日渐枯竭，能源危机问题日趋严峻。此外，在化石燃料的燃烧过程中，产生大量的粉尘和有害气体，造成严重的环境污染，给生态环境和人们的生活与身体健康带来巨大的危害。能源短缺和环境恶化这两大问题严重制约经济发展和社会进步。因此，人们迫切地需要开发利用清洁高效的可再生能源,如太阳能、风能等。在众多新能源技术中，太阳能电池（也称为太阳能发电技术或光伏发电技术）成为最具有应用前景的方向之一。而钙钛矿基太阳能电池更是作为一种高效率、低成本的固态电池于近几年来受到太阳能电池业内的广泛关注，因其开发潜力被誉为“光伏领域的新希望”。

钙钛矿材料作为太阳能电池的吸收层，具有载流子迁移率高、扩散长度长、光吸收能力强、发光效率高等优点。当前钙钛矿太阳能电池的研究主要围绕三维钙钛矿分子杂合物ch₃nh₃pbi₃展开，主要组成部分包括：有机无机卤素铅钙钛矿（ch₃nh₃pbi₃）作为光吸收材料；介孔结构的金属氧化物薄膜作为钙钛矿太阳电池的电子传输材料和钙钛矿成膜的骨架层 （平板异质结结构的钙钛矿太阳电池无介孔薄膜）； 空穴传输材料（如spiro－ometad、p3ht等）；金电极作为对电极。通过研究人员对工艺的不断优化，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到了20%左右，且电池的j-v曲线几乎不表现出滞后性。

虽然钙钛矿太阳能电池的研究在近五年来取得了突出的进步，但是仍存在一些问题。首先，目前实验室制备的太阳能电池仅为几毫米大。相比之下，晶体硅太阳能电池单电池片的尺寸高达十几厘米。如何制备大面积的钙钛矿太阳能电池成为阻碍其市场应用的一大难点。其次，钙钛矿太阳能电池对氧气非常敏感，会与其发生化学反应进而破坏晶体结构；与此同时，钙钛矿材料在水蒸气中的稳定性较差，会导致电池性能的衰减，这一点已经成为制约其继续发展的瓶颈。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

（1）文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系，并总结其对这些因素的影响；

（2）分别做出tio₂和sno₂为电子传输层的二维钙钛矿薄膜与基于此薄膜的钙钛矿太阳能电池，通过xrf、sem等仪器研究不同电子传输层(tio₂,sno₂)对基于(clc₆h₄c₂h₄nh₃)₂(ch₃nh₃)₄pb₅i₁₆的钙钛矿太阳能电池性能的影响，以及电子传输层/二维钙钛矿薄膜界面对器件性能的影响，并对工艺做出优化。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告；

第4-14周：开展实验，研究不同电子传输层(tio₂，sno₂)对基于(clc₆h₄c₂h₄nh₃)₂(ch₃nh₃)₄pb₅i₁₆的钙钛矿电池性能的影响，研究电子传输层/二维钙钛矿薄膜界面对器件性能的影响；

第13-14周：总结数据，撰写毕业论文；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]杨晓波,刘凯.钙钛矿太阳能电池的研究进展[j].材料科学与工程学报,2018,36(01):142-150.

[2]丁雄傑,倪露,马圣博,马英壮,肖立新,陈志坚.钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展[j].物理学报,2015,64(03):105-115.

[3]刘红莎,郇昌梦,肖秀娣,毕卓能,陆源,齐帅,詹勇军,徐雪青,徐刚.无机钙钛矿太阳能电池研究进展[j].新能源进展,2019,7(02):142-148.