SnO2基钙钛矿太阳电池的光电特性模拟开题报告

全文总字数：5147字

1. 研究目的与意义（文献综述）

能源是人类一切物质活动的基础，自从人类进入现代文明社会以来，对于能源的需求日益增加。化石燃料如煤,石油，天然气等作为人类消耗的主要能源，以我国为例，化石燃料在能源需求的消耗占比高达90.2%。然而，由于化石燃料的不可再生性与环境污染等问题，大量的化石能源的使用会对人类社会的发展造成严重的灾后果，清洁，可再生的能源如太阳能，水能，风能，潮汐能等能源被大力开发来应对未来可能发生的能源危机。在上述的清洁可再生能源中，太阳能作为太阳内部核聚变产生的辐射能量，具有清洁，安全，取之不竭等特点，是实现可再生能源切实可行的有效途径，其中太阳能电池是作为目前对太阳能的 主要利用方式之一。因此，追求更高效的广电转化率（pec），制造成本更低的太阳能电池是人类不懈追求的目标。

钙钛矿太阳能电池（pec)目前的效率超过23%,高于多晶硅，加上其科低成本可印刷，极具产业景，特别是柔和太阳能电池。二氧化锡（sno2)作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层材料被广泛研究，相较于二氧化钛（tio2)其具有优异的载流子迁移率，合适的能级，并且可以低温制备，在柔性器件上具有巨大的应用潜力。本课题的目的及其意义在于了解sno2的光电性质，完成sno2基钙钛矿太阳电池的性能模拟。

sno2基钙钛矿太阳能电池在人类科学的不断努力下，取得了不小的进展，在国际的研究方向。sno2首次作为电子传输材料应用在pvsc中是在2015年，ma tingli等采用高温烧结的sno2晶态薄膜作为电子传输层，制备了介孔结构的器件并与tio2基器件进行了比较，发现sno2基器件具有更高的短路电流，可以作为高效pvsc的电子传输层。同年ke weijun等采用低温溶胶凝胶法制备的sno2薄膜制备了平板型pvsc,研究发现sno2薄膜具有良好的光学及电学特性，其电子迁移率高，通过优化参数获得了17.21%的pce，与同期tio2基介孔器件性能相当。随后，juan pablo correa bacna等采用原子层沉积(atom layer deposition)的方法制备了sno2薄膜，其中有机锡化合物作为锡源，过氧化氢作为氧化剂，在118°c反应获得，研究发现相对于tio2，sno2与钙钛矿材料(fapbi3)0.85(fapbi3)0.15的能级更加匹配，沉积15nm的sno2薄膜器件获得了超过18%的pce,并且其开路电压达到了1.19v,非常接近根据s-qlimit计算得到的极限开路电压1.32v。最近，中科院半导体所jiang qi等采用商用的sno2胶体溶液通过旋涂制备了sno2薄膜，他们的研究结果也表明sno2与制备的钙钛矿材料（fapbi3)0.97(fap十分匹配，通过改变钙钛矿材料的制备工艺等，获得了经公证的20.9%的效率,也是目前平板型pvsc的最高转化效率纪录。

2. 研究的基本内容与方案

1 研究设计的基本内容

传统的二氧化钛（tio2）作为有机-无机钙钛矿混合太阳能电池（psc）中的电子传输层（etl），需要高温烧结工艺才能结晶，这不适用于柔性psc和串联太阳能电池及其低温处理的底部电池。在这里,我们介绍了一种低温溶液法，可将tio2/氧化锡（sno2）双层沉积成高效的etl。从光学和电子性质的系统测量中，我们证明tio2/ sno2etl具有增强的电荷提取能力和抑制的etl /钙钛矿界面上的载流子重组，这两者都对光电子有帮助。产生的载体分离和运输。结果，与它们的tio2和sno2单层etl对应物相比，具有tio2/ sno2双层etl的psc表现出更高的基准电池光伏性能。冠军 psc的电源转换效率（pce）为19.11％，开路电压（voc）为 1.15 v，短路电流密度（jsc）为22.77 ma 每平方厘米，填充因子（ff）为72.38％。另外，由于器件中tio2/ sno2etl的合适的能带对准，可以实现1.18 v的高voc。已经证明，tio2/ sno2双层是高效psc的有希望的替代etl。

当前,基于tio2组装的钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells, pscs)已经获得普遍研究,近乎成熟,而其他金属氧化物如sno 2的研究还不完全,sno2因本身优异的性质有望成为新一代的电子传输层。sno2有与tio2接近的禁带宽度,而且sno2的电子迁移率比tio2的高,非常有潜力应用在pscs领域。

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，了解研究所需相关软件。确定方案，完成开题报告。第4－6周：完成外文翻译及SnO2资料收集。第7－9周：完成SnO2基钙钛矿太阳电池的性能模拟。第10－12周：光电性能调试及优化 第13－15周：毕业论文撰写、修改。第16周：准备论文答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 董庆顺，钙钛矿太阳能电池中电荷收集层的研究[d],大连理工大学，2015年.[2] 周培,二氧化锡基钙钛矿太阳能电池的制备及光电性能研究[d],华侨大学，2016年.[3] yuqian y, jihuai w, panfeng g , et al. low-temperature sintered sno2 electron transport layer for efficient planar perovskite solar cells[j]. journal of materials science: materials in electronics, 2018.29(15):13138-13147.[4] jiang qi, zhang liuqi, wang, haolin, et al. enhanced electron extraction using sno2 for high-efficiency planar-structure hc(nh2)2pbi3-based perovskite solar cells[j]. nature energy, 1:16177.

[5] zhang c，deng x，zheng j，et al． solution-synthesized sno2 nanorod arrays for highly stable and efficient perovskite solar cells［j］． electrochimica acta，2018，283: 1134-1145．

[6] zhang p, wu j, zhang t, et al. perovskite solar cells with zno electron-transporting materials[j]. advanced materials, 2018, 30 (3) :1703737.