纳米CsPbBr3修饰的钙钛矿太阳能电池的光伏性能研究开题报告

全文总字数：6310字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着能源危机和环境污染的逐渐加剧，人们对可再生能源的需求也越来越大^[1-2]。在风电、水电、地热能、生物质能和太阳能等各种可再生能源中，太阳能是安全，无污染,不受地理条件限制，应用范围最广，最有发展前途的一种，在太阳能的有效利用中，太阳能光伏转换是近些年来发展最快、最具活力的研究领域^[3-4]。太阳能电池作为一种利用半导体的光伏效应将光能转化为电能的器件，因为其在光电转化方面的优异性能和在实际应用方面的巨大潜力是人类社会解决环境问题，应对能源危机以及寻求可持续发展的重要对策^[5-6]。

现在商业化应用的太阳能电池大部分均为硅太阳能，其由于高额的光电转化成本，复杂的合成工艺和有限的应用领域限制了其进一步的发展^[7]。因此开发出具有高光电转化效率，低成本和制备工艺简单的新型太阳能电池具有十分重要的意义^[8-9]。近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳电池由于其操作简单、成本低廉和性能优异等优势在国际上倍受关注^[9-10]。该类钙钛矿材料具备吸收强，迁移率高，载流子寿命长，可调控带隙以及可采用多种方式加工等优点，受到科研工作者的广泛研究^[11]。虽然基于有机无机杂化钙钛矿的器件效率已经从3.9%提高到了现在的25.2%，但仍存在一些问题制约了其实际应用，如载流子的界面复合、钙钛矿薄膜的表面缺陷以及器件的稳定性^[12]。因此减少钙钛矿膜层的内部缺陷和改善膜层界面是进一步提高器件的效率和稳定性的关键。

纳米晶作为一种低维的纳米尺寸级别的材料，已经在钙钛矿太阳能电池中显示出其特有的钝化缺陷的能力。无机钙钛矿纳米晶cspbbr₃具有和无机有机杂化钙钛矿膜层相同的abx₃型结构，其在钙钛矿太阳能电池中的潜力巨大^[13]。相较于有机无机杂化钙钛矿来说，cspbbr₃纳米晶具有更为优异的环境稳定性。相同的abx₃构型也确保了cspbbr₃纳米晶与有机无机杂化钙钛矿具有更好的晶胞匹配度，使其成为了一种优异的钝化剂^[14]。已有一些研究证明了cspbbr₃纳米晶在钙钛矿太阳能电池中的应用潜力。chen等人首先通过热注入法制备得到cspbbr₃纳米晶，然后引入一层cspbbr₃纳米晶在tio₂膜层和钙钛矿膜层之间，这层cspbbr₃纳米晶层可将部分紫外光转换成可见光，并且可以作为钙钛矿膜层晶化的晶种调节层，钙钛矿太阳能电池器件显示出改善的稳定性和效率^[15]。zai等人将热注入法得到的cspbbr₃纳米晶分散在反溶剂中，在一步法制备钙钛矿的过程中，在钙钛矿膜层的表面引入cspbbr₃纳米晶，cspbbr₃纳米晶的表面修饰一方面钝化了钙钛矿膜层的缺陷，另一方面能够改变钙钛矿膜层表面的能带位置，使空穴的传输能垒降低^[16]。迄今为止，通过常温制备的cspbbr₃纳米晶来作为钙钛矿结晶生长的底部修饰层还没有报道。我们拟通过常温合成cspbbr₃纳米晶，将其旋涂在电子传输层上，通过改变旋涂次数来控制cspbbr₃纳米晶层的厚度，研究其对电子传输层和钙钛矿膜层的影响，最后找到cspbbr₃纳米晶修饰的最适层数，并探讨其钝化的机理。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

（1）cspbbr₃纳米晶的合成：在室温条件下将配好的铅盐溶液注入到过量的铯盐溶液中，并不停搅拌，得到亮绿色溶液后低速离心得到cspbbr₃纳米晶，并分散在甲苯中备用。

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4－7周：掌握旋涂法与太阳能电池光电转化性能的实验原理，设计具体的实验方案，了解并掌握相关材料表征方法的基本原理。

第8－10周：完成cspbbr₃纳米晶修饰的钙钛矿太阳能电池的制备及其性能测试和结构表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] m.m. lee, j. teuscher, t. miyasaka, t.n. murakami, h.j.snaith, efficient hybrid solar cells based on meso-superstructured organometalhalide perovskites [j], science, 2012, 338, 643–647.

[2] 薛启帆, 孙辰, 胡志诚, 等. 钙钛矿太阳电池研究进展: 薄膜形貌控制与界面工程 [j]. 化学学报, 2015, 3, 179–192.

[3] j. zhang, t. tong, l.zhang et al. enhanced performance of planar perovskite solar cell by graphenequantum dot modification [j]. acs sustainable chem. eng. 2018, 6, 8631-8640.