交联改性钙钛矿薄膜用于钙钛矿太阳能电池开题报告

全文总字数：4162字

1. 研究目的与意义（文献综述）

传统的化石能源的不可再生性以及日益严重的环境污染问题，是的寻找和开发利用新型环保可再生能源成为人类社会可持续发展的共识。太阳能作为地球上总量最大的可再生能源成为重要的研究方向。其利用方式主要包括太阳能光-热-电转换，太阳能光-化学-电转换以及太阳能光-电转换，尤其以太阳能光-电发展较快、最具活力。太阳能电池正是采用了光-电转换这种方式，根据光电效应设计一种光俘获材料并制备成电池。^[1-2]

1839年法国实验物理学家becquerel首次在溶液中发现了光伏效应, 此后hertz于1887年观察到了物质的光电效应，表明当物质接受足够能量的电磁辐射后，材料中的电子可以从物质中溢出^[3-4]。1905年，einstein给出了光电效应的理论解释，并获得了1921年的诺贝尔奖. 1954年，美国bell实验室制作了单晶硅太阳能电池，光电转换效率（powerconversion efficiency, pce）达到了 6%。从太阳能电池出现到现在已经经过了三代，从第一代的硅基太阳能电池^[5]到第二代多元化合物薄膜太阳能电池，再到第三代新型太阳能电池，随着生产技术的不断进步，人们对太阳能电池的需求也日益迫切，因此要求太阳能电池的制备工艺更加简单、材料更加环保、效率更高、使用寿命更长等。目前新一代太阳能电池大多还处在实验室研发阶段，要想真正推向市场还有很长的路要走。这两年来新兴的杂化钙钛矿太阳能电池迅速受到了世界瞩目，因其在短短的时间内能量转换效率增加到了22.1%（2016年3月9日）^[5] ，目前最高效率已经达到23.7%。这是其他太阳能电池不曾出现的增长速度。这类材料不仅原材料成本低，生产工艺也非常简单，如果能将其稳定性问题解决，相信将很快进入商业化生产阶段。

钙钛矿最初是指一种矿石catio₃，如今科学界界定的钙钛矿是指与catio₃有着相同晶体结构的材料的统称，表示为abx_3-^[6]。钙钛矿材料应用于光伏领域的历史可以追溯到人们第一次在钙钛矿材料batio3中发 现了光电流的1956年。1978年，weber首次将甲胺离子引入晶体结构中，形成了具有三维结构的有机-无机杂化钙钛矿材料^[7]。 典型的abx3型有机-无机钙钛矿材料中，a一般指的是一些有机胺离子（如ch₃nh₃ ），占据正方体的八个顶点，b指的是二价金属离子（如pb ² 或sn ² ），处于正方体的体心，x表示卤素离子（i ^-，br ^-，cl ^-）或者多种卤素的掺杂，占据六面体的面心。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以钙钛矿为客体材料，制备钙钛矿薄膜材料；通过一步旋涂法法将加入交联剂后的钙钛矿前驱体溶液通过旋涂工艺旋涂到电子传输层，将旋涂后的基片在氮气手套箱中通过梯度退火的方法制得钙钛矿薄膜。

材料表征：对钙钛矿薄膜材料进行结构表征，通过xrd、tem、sem、eds、红外光谱等表征手段对其形貌结构及元素构成进行了分析，进行了系统评估。

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4－6周：按照设计方案，合成基本结构的钙钛矿材料，制备标准结构的钙钛矿太阳能电池器件，并使用xrd、sem等分析测试手段进行表征。

第7－9周：按照设计方案，合成交联改性的钙钛矿材料，制备基于改性材料的钙钛矿太阳能电池器件，并使用xrd、sem等分析测试手段进行表征，与之前的标准材料对比分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 赵宏图，国际能源转型现状与前景[j].现代国际关系，2009,6,1-8

[2] 姚鑫，丁艳丽，张晓丹等，钙钛矿太阳能电池综述[j].物理学报，2015,64(3):135-142

[3] peter g. sustainable energy systems engineering:the completegreen building design resource. mcgraw hill professional, 2007.