全无机钙钛矿组分调控及其在太阳能电池中的应用开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

能源与环境问题是制约世界经济和社会可持续发展的两个突出问题。地球资源日益紧缺,然而能源消耗却是急速增长;同时随着大量化石能源的消耗,大气环境逐渐恶化、全球变暖加速。面对这样的局面,如何寻找新能替代能源,如何对替代能源进行开发和利用成为世界各国工作中的重要议题。我国更是大力发展新型能源,以调整我国的能源结构过于失调的局面。令人欣慰的是,在国家政策的指引下,该局面得到一定程度的改观。根据近期国家权威部门发布的有关数据,2018年我国能源消费结构继续优化,煤炭消费比重首次降至60%以内,天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的比重已提高到22.1%左右。

在现有光伏器件中,单晶硅太阳能电池转换效率无疑是最高的,在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位,但由于受单晶硅材料价格及相应繁琐的电池工艺影响[1],致使单晶硅成本价格居高不下,要想大幅度降低其成本是非常困难的。为了降低成本,寻找单晶硅电池的替代产品,现在发展了薄膜太阳能电池,其中多晶硅薄膜太阳能电池和非晶硅薄膜太阳能电池就是典型代表。

自从2009年[2] CH3NH3PbI3第一次被引入钙钛矿太阳能电池中作为吸光材料以来, 有机-无机杂化钙钛矿电池引领了太阳能电池领域的研究热潮。在过去的几年里, 钙钛矿太阳能电池的效率由3.8%[3]迅速增长到23.7%。这是因为钙钛矿材料具有优异的性能, 包括合适的带隙、高吸收系数(~104 cm#8722;1), 载流子寿命高达300 ns以及扩散长度可达到1μm[4]。但是有机—无机杂化太阳能电池性能稳定性存在一定的问题,特别是在紫外光照、水汽条件下,其效率会发生衰减。早在1893年就报道了采用Cs阳离子制备的全无机钙钛矿具有优异的稳定性[5]. 其中最常见的材料为CsPbI3 和CsPbBr3, 它们在温度达到其熔点(约460℃)时也不会分解[6], 采用CsPbI2Br制备的太阳能电池具有很好的热稳定性[7]。全无机钙钛矿电池具有比有机-无机杂化钙钛矿电池更佳的热稳定性、适用于叠层电池的宽带隙,在近几年受到了人们的热切关注,并取得了一系列显著的突破。但由于CsPbI3[8]存在结构不稳定的问题,而CsPbBr3[9] 由于带隙过大而不适用于制备高效太阳能池。此外,Kojima [10]等人研究发现,基于CsPbBr3和碳电极的全无机钙钛矿太阳能电池,是首个完全以无机材料构成的钙钛矿太阳能电池,其性能非常稳定,无需在手套箱中操作。

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