鈣鈦礦太陽能電池應用研究與進展

曲海龍

摘 要：隨著我國經濟的發展和科技水平的不斷提升，能源消耗量不斷增加，煤炭、石油等不可再生資源日益減少，且在資源開發過程中對自然環境的破壞嚴重，因此，積極開發和利用太陽能等清潔型能源有較大的現實意義。目前，鈣鈦礦太陽能電池逐漸受到社會各界的廣泛關注，相關研究日益增多。因此，主要介紹了鈣鈦礦太陽能電池應用研究的進展。

關鍵詞：鈣鈦礦太陽能電池；太陽能；光電轉化效率；電子

中圖分類號：TM914.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.050

鈣鈦礦太陽能電池的結構主要分為介觀結構、平面異質結構兩種。在介觀結構中，CH3NH3PbX3介觀尺寸中的TiO2與染料敏化太陽能電池十分相似；在平面異質結構中，可在吸光材料中分離太陽能電池，這對提高器件的靈活性有重要的作用。隨著相關科研人員對太陽能資源的不斷開發和利用，鈣鈦礦太陽能電池的應用研究取得了重大突破，這對工業生產起到了積極的作用。

1 鈣鈦礦太陽能電池的主要類型

目前，鈣鈦礦太陽能電池主要有以下3種類型：①介孔型電池。受到光子的影響，鈣鈦礦太陽能電池會發生激子分離的現象，進而形成電子和空穴。受吸光材料的影響，TiO2會不斷地篩選電子，并將其傳至FTO表面。此外，在傳輸層的作用下，空穴可直接接到電極上。②平板型電池。該類型的鈣鈦礦太陽能電池主要朝著低溫的方向發展，具有成本低等優點。該電池在光照的作用下會產生電子-空穴對，進而使電子更加活躍。當電路接通后，電子-空穴對會快速移動，產生電流，進而充分發揮鈣鈦礦太陽能電池的作用。③柔性電池。截至2015年，在全球對柔性鈣鈦礦太陽能電池的研究中，主要采用了原子層氣相沉積的制造方式，這在一定程度上使電池的制造效率提升了12.2%.

2 吸光材料的影響

吸光材料對鈣鈦礦太陽能電池有一定的影響。不同類型的吸光材料對鈣鈦礦太陽能電池造成的影響研究主要包括以下5個方面的內容：①Park研究發現，在TiO2薄膜為3.6 μm的情況下，CH3NH3PbI3薄膜染料分子的吸光系數是釕基的10倍；②Gratzel等人通過系列實驗發現，光電效率提升至9.4%后，電池中的電流、電壓會隨著TiO2納米線的延長而減小，這對提升電池器件的穩定性有積極作用；③Sanchez采用CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI3-xCLX兩種吸光劑制備了鈣鈦礦太陽能電池，其光電效率為9.2%；④Jeon在實驗中將CH3NH3Pb（I1-XBrx）3作為吸光材料，通過對Br的改性，降低了太陽能電池對濕氣的敏感性，這對提升太陽能電池在多種環境中的適應性有重要的意義；⑤Seok將CH3NH3（I1-XBrx）3作為主要吸光材料，使鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率提升至12.3%.

吸光層是鈣鈦礦太陽能電池的重要組成結構之一，其技術水平直接影響著電池的光電轉換效率。吸光層制備技術的應用研究主要包括以下3方面：①Carnie等人采用液相一步法和旋涂法制備了CH3NH3PbI3吸光層，但基于該方法的電池的光電轉換效率相對較低。②Xiao等人采用了兩步沉積技術，將PbX2旋涂于TiO2薄膜上，進而可沉積CH3NH3X有機分子。雖然該方法提升了CH3NH3PbI3膜層的覆蓋率，但電池的光電轉換效率仍然較低。③TAKEOKA等人利用雙源氣相沉積法進行了研究，成功制成了平面異質結鈣鈦礦太陽能電池，其光電轉換效率可達15%.

3 空穴傳輸層材料的影響

空穴傳輸層和無空穴傳輸層的材料會對鈣鈦礦太陽能電池造成一定的影響，相關研究人員應對該問題予以重視。針對引入空穴傳輸層的太陽能電池的研究主要包括以下4方面：①Noh研究團隊將PTAA作為HTM，其制備的電池的光電轉換效率為12%.②雖然GIacomo等人將P3HT、Spiro-OMeTAD作為HTM制備的電池的光電轉換效率為12%，但基于Spiro-OMeTAD材料的制造過程具有復雜、成本高等特點。③Christians和Qin分別以Cul和CuSCN為材料制造了鈣鈦礦太陽能電池，有效降低了制造成本。④在Fang的研究中，其制造的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率為14%.

在無空穴傳輸層材料對鈣鈦礦太陽能電池的影響研究中，孟慶波團隊取得了較大的成果，首次利用原子層沉積技術進行了相關研究。具體而言，該團隊將Al2O3超薄層加入到了金電極和CH3NH3PbI3中，進而使鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率提升到了60%.

4 結束語

隨著傳統能源開發量的不斷提升，部分能源面臨枯竭，且能源的開發對自然生態環境造成了嚴重的破壞。對鈣鈦礦太陽能電池的研發不斷推進著我國太陽能資源的開發進程。因此，相關技術人員應進一步加大對太陽能資源的研究力度，積極地開展對鈣鈦礦太陽能電池的應用研究。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕