钙钛矿太阳能电池中介孔TiO2电子传输层的低温制备开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

随着人口的不断增长和工业化的不断发展，人类对能源的需求越来越大，然而目前的能量来源主要来自于传统化石能源这类不可再生能源，如煤炭、石油、天然气。这些燃料的不断使用会带来日益加剧的能源紧缺问题，并对环境造成巨大的污染。我们迫切需要开发清洁无污染且可持续发展的新型能源。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（pscs）即是一种备受关注的方案。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池是第三代新型有机薄膜太阳能电池，具有制备工艺简单，低成本，原料丰富等有点。在2009年发明之初，首次使用ch₃nh₃pbi₃制备的染料敏化太阳能电池仅有3.8%的光电转换效率^【1】。在2012年，park等人通过在亚微米厚的介孔tio₂上沉积(ch₃nh₃)pbi₃纳米颗粒作为光吸收层，并使用固体spiro-meotad代替原有的液体空穴传输层，在提升电池稳定性的同时，将电池的光电转换效率提升至9.7%^【2】。2012年henry snaith等人用溶液法制备了一种介观结构（meso-superstructured）的钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率达到了10.9%^【3】。接着他们在2013年使用气相沉积法和溶液法两种方法制备平面异质结构（planar heterojunction）钙钛矿太阳能电池，并分别达到了15.4%和8.6%的光电转换效率，表明钙钛矿吸收剂可以在简化的器件结构中以最高的效率工作，而不需要复杂的纳米结构^【4】。到目前，钙钛矿太阳能电池的最佳光电转换效率已超过25.2%。由于这个数值已经比较接近早起研究者对电池理论光电转换效率27%的预测值^【5】，目前研究驱使逐渐从提高光电转换效率转移到提升电池的稳定性和低成本制备，从而满足其工业化的需求。

电子传输层（electron transport layer, etl）是钙钛矿太阳能电池结构中的重要组成部分。etl由能接受并传输带有负电荷的电子载流子的材料制成，主要功能为接受钙钛矿光吸收层产生的光生电子，并防止产生的空穴进入阴极。此外，电子传输层还可以作为介观结构的框架，有助于钙钛矿晶体的生长。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：通过在fto导电玻璃上用3000转旋涂不同浓度、不同溶剂稀释的四氯化钛溶液30s，30min保温后进行蒸汽退火的方法低温制备介孔tio₂电子传输层，组装钙钛矿太阳能电池。研究不同的退火温度、时间和前驱液浓度对介孔层性能的影响。

材料表征：对实验低温所制得的介孔tio₂层钛矿太阳能电池进行光电转化性能测试，通过tem、sem、xrd、红外等表征手段对其形貌结构进行表征并分析。

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4－5周：按照设计方案，确定切实可行的实验技术路线，了解相关表征与测试方法，完成开题答辩。

第6－9周：完成钙钛矿太阳能电池的制备与表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] kojima a, teshima k, shirai y, et al. organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells[j]. journal of the american chemical society, 2009, 131(17): 6050-6051.

[2] kim h s, lee c r, im j h, et al. lead iodide perovskite sensitized all-solid-state submicron thin film mesoscopic solar cell with efficiency exceeding 9%[j]. scientific reports, 2012, 2: 591.

[3] lee m m, teuscher j, miyasaka t, et al. efficient hybrid solar cells based on meso-superstructured organometal halide perovskites[j]. science, 2012, 338(6107): 643-647.