钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层的制备与优化开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

面对当前日益严重的能源危机和环境污染，太阳能的利用逐渐受到人们重视，太阳能电池的开发便是其中之一。

太阳能电池是一种通过光电效应或者光化学反应直接把光能转化成电能的装置。太阳能技术至今共经历了三个阶段：单晶硅和多晶硅太阳能电池、非晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜电池及一些新概念电池，如染料敏化电池、量子点电池以及有机太阳能电池等[1]。而如今，第三代太阳能电池中钙钛矿太阳能电池尤为突出。钙钛矿太阳能电池以染料敏化太阳能电池为基础发展，首次出现时即实现了3.8%的效率。经过近几年的发展，现在已经可以达到20%的效率了[2]。

染料敏化太阳能电池的结构主要包括光阳极、光吸收材料、空穴传输材料和对电极，其中钙钛矿材料作为吸收层更是起着尤为重要的作用。不论从禁带宽度、电导率、载流子迁移率考虑，还是吸收系数、消光系数等，钙钛矿薄膜都表现出了良好的性能。且钙钛矿近乎完美的结晶度可以极大地减少载流子复合，增加载流子长度，更是令人刮目相看[2]。因此，本次设计的目的就是研究钙钛矿薄膜对电池效率的影响，并提高电池效率。

2. 研究的基本内容与方案

钙钛矿太阳能电池是一种全新的全固态薄膜电池，可以看出钙钛矿薄膜起着尤为重要的作用。钙钛矿薄膜作为吸收层，其主要作用是吸收太阳光产生并传输电子-空穴对，其制备方法、制备溶液种类及浓度、制备温度等都对电池效率有着显著的影响。因此，本次研究的基本内容就是通过取钙钛矿薄膜制备过程中影响效率的不同变量，利用控制变量法，来探讨其对电池效率的影响，并尝试通过对钙钛矿层的优化来提高电池效率，这也是本次研究的目标。不同钙钛矿前驱体溶液及其浓度对电池效率的影响，

通过查阅资料[3]-[15]，钙钛矿薄膜的材料、制备方法、制备浓度、温度等都会对电池效率产生影响，考虑到实验条件所限，取溶液种类和溶液浓度为变量，拟采用如下技术方案：1)控制其他因素不变，所用溶液包括PbX2、CH3NH3X(X=I,Cl)、DMF、GBR(丁内酯)，用PbX2溶于DMF和GBR中，采用两步法与CH3NH3X旋涂沉积制备钙钛矿薄膜，保持浓度、温度一致，观察不同溶液制备得到的钙钛矿吸收层对电池效率的影响，探究哪种溶液对电池效率更优。2)控制其他因素不变，使用第一技术方案中效率更高的溶液制备相同钙钛矿前驱体溶液，改变CH3NH3X浓度，可取浓度为10mg/ml、20mg/ml、30mg/ml、40mg/ml、50mg/ml，保持温度一致，观察不同浓度对电池效率的影响，探究哪种浓度对电池效率更优。若还有多余的空闲时间，可再考虑以温度为变量再进行探究。

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，基本确立研究思路，完成开题报告。同时掌握钙钛矿太阳能电池的原理并熟悉钙钛矿层的制备方法。

第4－7周：探究不同钙钛矿前驱体溶液对电池效率的影响，进行技术方案一，并尝试优化钙钛矿层提高效率。

第8－13周：探究在相同钙钛矿前驱体溶液前提下溶液不同浓度对电池效率的影响，进行技术方案二，并尝试优化钙钛矿层提高效率。同时着手开始写毕业论文的初稿。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]魏静，赵清，李恒，等.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]姚鑫,，艳丽，张晓丹，等.钙钛矿太阳电池综述[j].物理学报,2015,03:145-152.

[3]陈海军，王宁，何泓材.基于钙钛矿材料的新型结构太阳能电池器件[j].电子元件与材料,2014,11:24-28.