钙钛矿太阳能电池是目前比较热门的研究对象,国内外很多课题组从事于这方面的研究。该类型电池的光吸收层材料为钙钛矿结构,因此被命名为钙钛矿太阳能电池。材料的禁带宽度可以通过改变组成物质的种类及比例来调控,能覆盖的光谱吸收范围宽至红外波段,同时具备载流子扩散距离长和迁移率高的优点。器件的光电转换效率从2009年报道的3.8%到如今的最高25.2%。在生产工艺上,能通过溶液旋涂法进行低温制备,整体制造成本较低,并且可以制备柔性器件。兼具上述优势,钙钛矿电池凭借其无比卓越的光电性质和前景巨大的发展空间得到了全世界的研究人员的认可,可以说是站在了太阳能电池舞台的中央。
作为光电材料广泛使用的卤素钙钛矿型晶体结构如上图所示。其中,A离子处于立方晶体结构的八个顶角位置,一般是正一价的阳离子,例如有机甲胺离子CH3NH3+、有机甲脒离子NH2CH=NH2+和无机铯离子(Cs+)等。B离子处于立方体的体心位置,通常是正二价的金属离子,例如亚铅离子(Pb2+)、亚锡离子(Sn2+)和亚锗离子(Ge2+)等。X 离子处于立方体的八个面心位置,大部分是负一价的卤素离子,例如氟离子(F-)、氯离子(Cl-)、溴离子(Br-)和碘离子(I-)等。A位离子的半径大小需要满足一定基本条件,必须能够填充构成钙钛矿晶体。一个B位离子和六个X位离子形成BX6型的八面体结构,A位离子半径必须足够延伸到该框架内。因此,A位离子的半径总是比B位离子半径大。钙钛矿型立方体结构稳定与否是由各离子之间的距离决定。
吸收效率的问题,可见光的光子能量大于禁带宽度,半导体吸收后并不会马上激发电子跃迁,而是会产生声子降低光子的能量直到与禁带宽度匹配,而匹配后能否吸收还要看是否满足电子跃迁的其他规则,比如动量。现在研究的钙钛矿太阳能薄膜电池,上面都是先铺窄禁带材料薄膜在铺宽禁带薄膜这样可以提高效率钛酸锶( Sr Ti O3) 具有典型的钙钛矿型结构, 是有毒化学物品,是一种用途广泛的电子功能陶瓷材料, 具有介电常数高、介电损耗低、热稳定性好等优点, 广泛应用于电子、机械和陶瓷工业。同时, 作为一种功能材料, 钛酸锶具有禁带宽度高( 3. 4eV) 、光催化活性优良等特点, 并具有独特的电磁性质和氧化还原催化活性, 在光催化分解水制氢、光催化降解有机污染物和光化学电池等光催化领域也得到了广泛的应用。
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