钙钛矿太阳能电池的相关物理过程研究

发布时间：2021-08-07 19:51

　　近年来,基于溶液处理的钙钛矿太阳能电池引起了科研人员们的研究兴趣。其主要原因是钙钛矿材料有着优异的光电性质,例如强的光吸收,双极性电荷传输能力,平衡的电荷扩散长度和较低的电荷复合速率等。目前大多数研究工作都集中在如何提高太阳能电池性能及稳定性等方面,而缺少对钙钛矿太阳能电池相关物理过程的深入研究。在钙钛矿太阳能电池中,钙钛矿层和电荷（电子和空穴）传输层对器件的性能都起到至关重要的作用。通常情况下,内吸收（Q）光谱表示钙钛矿太阳能电池钙钛矿层吸收的总入射光子的情况。钙钛矿太阳能电池的内吸收直接影响活性层激子的生成,是影响钙钛矿太阳能电池能量转换效率的关键因素之一。因此,分析钙钛矿材料的光吸收能力对于优化钙钛矿层的Q光谱和器件的光电流,以及进一步理解非钙钛矿层的光吸收和入射光在电池器件界面处的反射导致的光学损耗是非常必要的。此外,电荷复合和收集过程是影响钙钛矿太阳能电池内量子效率和制约电池能量转换效率的重要因素之一。钙钛矿太阳能电池器件的内量子效率（IQE）受到如下物理过程的影响:（1）钙钛矿吸收光子后的电荷产生过程,（2）电荷传输到电极过程和（3）电荷在电极的收集。在钙钛矿太阳能电池中,... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【部分图文】：

钙钛矿的化学结构ABX3示意图，其中A是有机阳离子（绿色），B是金

图 1.2 太阳能电池器件的光电转换效率记录1.2 钙钛矿太阳能电池结构钙钛矿太阳能电池的器件基本结构是一种经典的三明治结构，钙钛矿吸光层夹在两个电极之间，同时为了促进电荷传输过程，界面缓冲层会应用在钙钛矿层和电极之间，如图 1.3 所示。钙钛矿太阳能电池器件的两种界面缓冲层即电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL），它们可以是有机材料或无机材料。一般情况下，其中一个电极是透明的导电氧化物（TCO），如铟或铟氟掺杂的氧化锡（ITO 或FTO），在某些情况下，也会使用铝掺杂的氧化锌（AZO）。器件结构顶部电极通常是沉积的金属材料铝，银或金[22,23]。尽管如此，从电荷收集方式角度考虑可以把钙钛矿电池器件分为两种不同的架构，即正式（n-i-p）结构和反式（p-i-n）结构（见图 1.3）。字母 p，n 和 i 分别代表指是 p 型材料，n 型材料和本征材料(这里指钙钛矿材料)。钙钛矿电池 n-i-p 结构和 p-i-n 结构之间的主要区别在于电流流动的方向

图 1.3 钙钛矿电池器件的 (a) 正式结构和 (b) 反式结构。要应用在 n-i-p 结构钙钛矿太阳能电池器件中，因为它需 ITO）电极上。金属氧化物，如 TiO2，Al2O3和 ZrO2是钙常用的介孔材料。介孔材料在钙钛矿太阳能电池中不仅起用，还具有电荷选择性传输的作用。例如，基于介孔材料器件，不仅有利于钙钛矿层的光吸收还有助于更有效地电电荷复合。但是，介孔 TiO2层需要在高温（450-500℃）也是制约介孔结构钙钛矿太阳能电池发展的一个重要因素[和 n-i-p 结构都是平面钙钛矿太阳能电池常用的器件结构。的介孔结构钙钛矿太阳能电池，平面钙钛矿太阳能电池在


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