前驱体掺杂制备钙钛矿薄膜太阳能电池开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着化石能源的逐渐枯竭，以及逐渐恶化的生态环境，尤其是温室效应的逐渐加剧，寻找可再生的清洁能源成为本世纪中叶之前，人类面临的最严峻挑战。目前正在被更广泛利用的新能源有核能、风能、水电等等，而其中太阳能因其巨大的开发潜力和广阔的应用前景，吸引了世界各地科学家的目光。半导体光伏器件由于其优异的光电性能，发展迅猛，其中晶硅电池已经被广泛应用。然而，为了降低生产硅电池的成本和减轻环境污染，人们一直在寻找新的半导体材料来替代硅材料。^[1]近来，钙钛矿有机金属卤化物太阳能电池（perovskite organic metal halidesolar cells, pscs）进入人们的视线，并在短短五年时间里，光电转换效率由3.8%一路突破提升至超过20%；^[2]同时，由于钙钛矿太阳能电池制备工艺简单易操作，钙钛矿材料价格低廉，因而成为最有可能替代晶硅电池的新一代太阳能电池。^[3,4,5]

虽然钙钛矿太阳能电池自身性能优越，但是其目前存在的问题也非常突出。首先，钙钛矿太阳能电池的吸光层材料甲胺铅碘（ch₃nh₃pbi₃）的稳定性较差，对水氧环境非常敏感^[6]，如果不控制电池外部的水氧条件，钙钛矿材料极易变质，使得电池的光电转换效率很快衰减，能否通过对钙钛矿吸光层材料的掺杂改性在一定程度上减轻甲胺铅碘对水氧环境的敏感性，是值得关注的问题；其次，正式的钙钛矿太阳能电池存在磁滞效应，这被认为是钙钛矿太阳能电池在光照条件下效率衰减的原因之一^[7]，通过对甲胺铅碘的掺杂，是否能在一定程度上减轻磁滞效应，是关注点之二；第三，通过掺杂钙钛矿材料，调整吸光层的能带结构，配合空穴传输层和电子传输层，可以在一定程度上调整制备出的光伏器件的开路电压和短路电流^[8]。以上三点仅仅是掺杂改性可能带来的一部分影响，在实际实验操作过程中，有可能会有新的发现值得探讨。

通过本课题设计，我们希望达成的主要目标，是减轻乃至消除无空穴传输层型钙钛矿太阳能电池的磁滞效应，进而提升该器件在大气环境下的稳定性；除此以外，通过调控掺杂材料的比例，尽可能提升该器件的各项性能指标（开路电压voc、短路电流jsc、填充因子fill factor以及光电转换效率efficiency）。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

本研究着重于对钙钛矿材料的掺杂改性，以及用该前驱体溶液制备无空穴传输层型钙钛矿太阳能电池。通过掺杂的手段及部分工艺改善，提升该类型钙钛矿太阳能电池的性能。

2.2 研究目标

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4－8周：按照实验方案合成各种掺杂前驱体浆料。

第9－11周：采用xrd、fe-sem、tg-dsc、cv等测试技术对复合材料的物相、显微结构、电化学性能进行测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] shi j, xu x, li d, et al.interfaces in perovskite solar cells.[j]. small, 2015,11(21):2472-2486..