钙钛矿太阳电池的滞回现象研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

面对日益严重的能源和环境危机，人们把目光投向了新能源、可再生能源的开发和利用上，太阳能无疑是其中最具发展前景的方向之一，如何更低成本、更有效地利用取之不尽的太阳能一直是人们关注的重点。传统的硅太阳能虽然实现了产业化，有着比较成熟的市场，但是由于成本高、硅提纯对环境污染大等问题，使其大规模应用收到一定的限制。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池备受瞩目，吸引了国内外大批科研工作者的关注。

2009年时，横滨大学的Tsutomu Miyasaka首先尝试使用一层薄薄的钙钛矿当作吸光层应用于染料敏化太阳能电池，制作出了钙钛矿太阳能电池，当时的光电转换效率为3.8%，不久有人就在他的基础上进行了改进，使其效率翻了一倍。2012年，由Graztel所带领的韩国成均馆大学与洛桑理工学院实验室将一种固态的空穴传输材料（HTM）引入太阳能电池，成功的使电池效率提高到了10%。这以后，越来越多的科学家投入到了钙钛矿太阳能电池的研究中。于是就在这一年，牛津大学的亨利·司奈斯将电池中的二氧化钛用铝材进行了代替，这样改进后钙钛矿在电池中就可以同时作为光的吸收层和传输电荷的半导体材料，电池的转换效率一下子提升到了惊人的15%。然后就在不久,加州大学洛杉矶分校的华裔科学家杨阳领导的团队在《科学》期刊上面发表论文称，他们通过改进钙钛矿的结构层，使电池的转换效率提高到了19.3%。随后, KRICT研究所将光电转换效率提高至20.1%。

钙钛矿太阳能电池经过不到5年的快速发展，光电转换效率从最初的3.8%达到超过20%。但是在不断的研究中科学家发现，钙钛矿电池通过I-V测试得到的光电转换效率与扫描的测试条件有关，从开路向短路条件的扫描效率远高于从短路向开路的扫描效率，这种现象被称为钙钛矿太阳电池的滞回效应。钙钛矿太阳能电池在短短的几年内就取得了举世瞩目的成果, 非常有希望成为未来再生能源的主力军。但是由于滞回效应的存在, 仅仅通过I-V 曲线测试得到的光伏性能并不足以准确反映钙钛矿电池在稳定条件下的真实工作状况，在每一个测试偏压下停留足够的时间使钙钛矿太阳电池处于稳定以获得可靠的光电转换效率是十分必要的。所以，研究钙钛矿太阳电池的滞回效应对于钙钛矿太阳电池的发展具有重大的意义。

2. 研究的基本内容与方案

钙钛矿太阳电池滞回现象的研究分为两个部分，一个是了解钙钛矿太阳电池的滞回现象，另外一个是建立电容模型并且解释滞回现象，后者是主要的研究目标。

一般来说，从I-V测试得到的用来评价太阳能性能的关键指标“光电转换效率”通常是在一定的范围电压下测试外电路的电流值来代替稳定的功率输出。从理论上面来讲，测试所得到的光电转换效率和扫描测试前的预光照、起始电压、速度以及方向等其它条件无关，但是实验所测的数据却并不是这样的结果，例如从开路向从开路向短路条件的扫描效率远高于从短路向开路的扫描效率。那么，这次研究的主要目的就是首先明确引起滞回现象的可能原因，从目前的实验证据来看，滞回现象并不是有单一原因引起，所以，我们要考虑各种因素对滞回现象的影响，我会查阅相关的参考文献来了解各种因素的影响。明确引起滞回现象的原因后，建立合适的电容模型，设置合理的电路参数，尽可能的去契合实验所得到的结果，以达到用电容模型来解释钙钛矿太阳电池的滞回现象的目的，这也是这次论文的研究重点。拟采用Proteus仿真软件来进行模拟仿真。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需文献。确定方案，完成开题报告。

第4－6周：查阅参考文献，明确引起滞回效应的可能原因。

第7－9周：建立电容模型。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 黄昆.固体物理学.北京：高等教育出版社，1988.10.

[2] 康华光.电子技术基础．北京：高等教育出版社，2006.1.

[3] 刘岚，叶庆云，胡钋，张小梅.电路分析.北京:科学出版社，2012.