1. 研究目的与意义（文献综述）
随着传统不可再生能源的不断消耗，人们不得不寻求新能源以实现可持续的发展。太阳能作为一种清洁而丰富的能源，一直受到科学家们的广泛关注，而将太阳能转化为电能的技术更是得到了深入的研究。传统的硅太阳能电池技术虽然已经较为成熟，且拥有较高的光电转化效率，然而它的成本较高，硅的提纯也会造成一定环境污染[1]。钙钛矿型太阳能电池（pscs）是一种在染料敏化太阳能电池基础上发展起来的新型太阳能电池，它采用全固态薄膜形式，避免了染料敏化太阳能电池中液态电解质的不稳定性问题，更容易实现产业化[2]。同时由于其较低的成本，它在近年来得到广泛的研究，效率在短时间内由2009年的3.8%[3]提高到了目前已被认证的20.1%[4]。尽管它的优点有很多，它依然有一些不足，尤其是在光电转换效率上距硅太阳能电池仍有一定距离，因此钙钛矿型太阳能电池的效率还需进一步被提高。
pscs普遍的结构为导电玻璃-电子传输层-钙钛矿层-空穴传输层-电极（正式）（见图1），或将电子传输层与空穴传输层的位置对调（反式）。它工作时的基本原理是钙钛矿吸光层通过吸收太阳光，产生电子-空穴对，并让其在内部分离。分离后的电子与空穴分别经电子传输层和空穴传输层运输到负、正电极，并在与外电路连通后形成闭合回路。目前，人们对pscs的研究点主要是器件结构和各层材料的不同对电池效率的影响。钙钛矿层材料作为整个电池中的吸光层，对它的研究显得更加重要，因为它需要吸收范围广的光谱并具有高的吸光系数，同时，在吸收光能之后，它需要有快速产生电子-空穴对并使其在内部分离的能力。钙钛矿的一般表达式为abx3，其晶体结构见图2。人们目前使用的最多的钙钛矿型吸光层为mapbi3, 它通常由mai与pbi2两前驱体合成。虽然由它已经可以制备出效率高达20%以上的电池[5]，但它也存在禁带宽度略大、电池稳定性不高、迟滞效应明显等问题。人们在它的基础上，通过使用不同的前驱体，改变a、b、x三个位置上的离子类别来调节吸光层的性能，从而调整电池的性能。目前，snaith等人[6]通过在x位掺杂cl的方法制备出ch3nh3pbi3xclx型pscs,其效率高达15.4%，并且迟滞效率不明显。还有科学家用85% fapbi3和 15%mapbbr3作为前驱体制备了效率大于18%的电池[4]。
通过用fa取代原a位上的ma而形成的fapbi3钙钛矿层是由fai与pbi2两种前驱体合成的。它相对于传统的mapbi3而言，禁带宽度可被调节在1.48ev-2.23ev[7]的范围（mapbi3的禁带宽度大约是1.55ev或以上），而有1.48ev禁带宽度的钙钛矿层被认为是最适合用于单层的太阳能电池的[7]。同时，fapbi3较低的禁带宽度使得它可以吸收波长长达840nm[8]太阳光，提高电池的电流。fapbi3的优异性能还体现在电子与空穴在它内部拥有更长的扩散长度[7], 并且用它作为钙钛矿层的正式电池通常具有很小的迟滞效应[9]。目前fapbi3型pscs效率已高达20%以上[10]。
2. 研究的基本内容与方案
(1) 研究的基本内容
a. 在保证其它条件一定的情况下，研究制备fapbi3溶液的溶剂（dmf溶剂和dmf和dmso体积比为7:3的混合溶剂）对最后成膜及对应电池性能的影响。
b. 在保证其它条件一定的情况下，研究分别通过吹气法和反溶剂法形成fapbi3薄膜的质量及对应电池性能的差异。
3. 研究计划与安排
第1-2周：查询阅读文献，并做必要的文献翻译第3-4周：整理资料，设计研究方案，提出切实可行的技术路线，撰写开题报告并答辩第5-7周：熟悉钙钛矿型太阳能电池的制作过程第8-13周：优化FAPbI3膜的质量，制备电池并进行光电性能表征，获得理想的实验数据第14-15周：分析实验数据，撰写毕业设计论文第16周：准备毕业论文答辩
4. 参考文献（12篇以上）
[1]魏静,赵清,李恒,施成龙,田建军,曹国忠,俞大鹏. 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,2014,08:801-821.[2]徐长志,靳映霞,柳清菊. 钙钛矿型太阳能电池的研究进展[j]. 储能科学与技术,2014,06:597-601.
[3] akihiro k, kenjiro t, yasuo s, et al. organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells.[j]. journal of the american chemical society, 2009, 131(17):6050-6051.
[4] nam joong j, jun hong n, woon seok y, et al. compositional engineering of perovskite materials for high-performance solar cells.[j]. nature, 2015, 517(7535):476-480.
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