钙钛矿太阳能电池的缺陷研究开题报告

全文总字数：6405字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来,环境污染已经严重威胁到了社会与经济的发展和每个人的生存。在全球性化石能源日益耗尽、环境污染不断加重的今天,太阳能将与其他新型能源一起成为石油、煤、天然气等不可再生能源的理想补充和替代能源。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，自1839年光生伏特效应被发现后太阳能便不断为后世所发展。^[1]随着光伏产业的迅猛发展,太阳能电池转换效率不断提高,成本不断降低,使得光伏发电的前景更为光明和宽阔。

相对于第一代和第二代太阳能技术，以钙钛矿太阳能电池为代表的第三代太阳能电池由于低成本，污染小，可持续等优点衍生了一个极具发展潜力的方向钙钛矿具有一般化学式abx₃，其中金属阳离子b和阴离子x形成bx₆八面体。这种材料表现出理想的光伏性能，例如合适的可调节的带隙，强光学吸收，长载流子扩散长度和高缺陷耐受性,其低成本的特性为其商业化提供了前景。^[2]自从2009年t.miyasaka成功制备第一块钙钛矿太阳能电池（psc）以来，大量的科研工作者投入到psc的研究之中，使得钙钛矿太阳能电池在这十年中得到了很大的发展。但在传统正置结构太阳能电池中，器件效率的“滞后性”将大大限制其商业应用。除滞后性外，钙钛矿材料及器件比较差的稳定性也限制了其商业化应用，其化学稳定性主要受以下因素的影响：氧气、水分、紫外光、溶液制备过程（溶剂、溶质、添加剂）及温度等。首先，钙钛矿晶体不耐水氧，长时间暴露在潮湿环境中，其晶体结构会发生降解。较差的紫外光稳定性多体现在基于tio₂体系的钙钛矿器件中，带隙为3.20ev 的二氧化钛是一种典型的光催化剂，可以氧化水产生羟基自由基，也可氧化有机材料。在紫外光的照射下，tio₂在与ch₃nh₃pbi₃的界面处从i^-提取电子，促进ch₃nh₂和hi的挥发并形成i₂，导致钙钛矿晶体结构的分解。在溶液制备过程中，无论是介孔结构还是平面结构，溶剂、溶质、添加剂或杂质中的组分都可能破坏钙钛矿的晶体结构。例如，研究证明空穴传输层的典型添加剂tbp可以显著破坏钙钛矿的化学稳定性。有机无机混合钙钛矿的结晶相可以通过温度、压力等环境条件发生变化，直接影响器件稳定性。除了钙钛矿本身的热稳定性，光伏器件中其他层的热稳定性也会对长期稳定性产生很大的影响。^[3-7]

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1.文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系；

2. 综述不同器件结构、电荷传输材料的优缺点，并从优化器件结构、界面工程和添加剂工程三个方面阐述抑制滞后效应和提高器件稳定性的方案。

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。确定研究方案，并完成开题报告。

第4-8周：总结通过界面及本体修饰材料消除钙钛矿太阳能电池滞后并提高器件稳定性的最新进展。

第9-12周：分析归纳本体和界面修饰材料对钙钛矿载流子运输机制和缺陷与损耗机制等的影响，探究钙钛矿电池的稳定性影响机理。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]hyeji han. hysteresis-lessinverted ch₃nh₃pbi₃ planar perovskite hybridsolar cells with 18.1% power conversion efficiency. energy environ. sci., 2015,8: 1602-1608.

[2]yixin zhao. charge transportand recombination in perovskite ch₃nh₃pbi₃ sensitizedtio₂ solar cells. j. phys. chem. lett., 2013, 4: 28802884.

[3]李晓东. 有机和钙钛矿太阳能电池的界面调控及性能研究[d]. 北京: 中国科学院大学, 2016: 76-102.