鈣鈦礦太陽能電池

在接受太陽光照射時，鈣鈦礦層首先吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對。由于鈣鈦礦材激子束縛能的差異，這些載流子或者成為自由載流子，或者形成激子。而且，因為這些鈣鈦礦材料往往具有較低的載流子復合幾率和較高的載流子遷移率，所以載流子的擴散距離和壽命較長。

然后，這些未復合的電子和空穴分別被電子傳輸層和空穴傳輸層收集，即電子從鈣鈦礦層傳輸?shù)降入娮觽鬏攲樱詈蟊籌TO收集；空穴從鈣鈦礦層傳輸?shù)娇昭▊鬏攲樱詈蟊唤饘匐姌O收集，當然，這些過程中總不免伴隨著一些使載流子的損失，如電子傳輸層的電子與鈣鈦礦層空穴的可逆復合、電子傳輸層的電子與空穴傳輸層的空穴的復合（鈣鈦礦層不致密的情況）、鈣鈦礦層的電子與空穴傳輸層的空穴的復合。要提高電池的整體性能，這些載流子的損失應該降到最低。

最后，通過連接FTO和金屬電極的電路而產(chǎn)生光電流。

鈣鈦礦太陽電池發(fā)展現(xiàn)狀良好，但仍有若干關鍵因素可能制約鈣鈦礦太陽電池的發(fā)展：

1、電池的穩(wěn)定性問題。

2、吸收層中含有可溶性重金屬Pb

3、現(xiàn)今鈣鈦礦應用最廣的為旋涂法，但是旋涂法難于沉積大面積、連續(xù)的鈣鈦礦薄膜，故還需對其他方法進行改進，以期能制備高效的大面積鈣鈦礦太陽電池, 便于以后的商業(yè)化生產(chǎn)。

4、鈣鈦礦太陽電池的理論研究還有待增強。

太陽能電池是一種通過光電效應或者光化學反應直接把光能轉化成電能的裝置。1839年, 法國物理學家Becquerel發(fā)現(xiàn)了光生伏特效應，1876年，英國科學家Adams等人發(fā)現(xiàn)，當太陽光照射硒半導體時，會產(chǎn)生電流。這種光電效應太陽能電池的工作原理是，當太陽光照在半導體 p-n 結區(qū)上，會激發(fā)形成空穴-電子對（激子)在p-n結電場的作用下，激子首先被分離成為電子與空穴并分別向陰極和陽極輸運。光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū)，接通電路就形成電流。

Fritts在1883年制備成功第一塊硒上覆薄金的半導體/金屬結太陽能電池, 其效率僅約 1%。1954 年美國貝爾實驗室的 Pearson，F(xiàn)uller和Chapin等人研制出了第一塊晶體硅太陽能電池，獲得4.5%的轉換效率, 開啟了利用太陽能發(fā)電的新紀元。

此后, 太陽能技術發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：第一代太陽能電池主要指單晶硅和多晶硅太陽能電池，其在實驗室的光電轉換效率已經(jīng)分別達到25%和20.4%；第二代太陽能電池主要包括非晶硅薄膜電池和多晶硅薄膜電池。第三代太陽能電池主要指具有高轉換效率的一些新概念電池, 如染料敏化電池、量子點電池以及有機太陽能電池等。

鈣鈦礦太陽能電池晶體結構

鈣鈦礦晶體為ABX3 結構，一般為立方體或八面體結構。在鈣鈦礦晶體中，B離子位于立方晶胞的中心，被6個X離子包圍成配位立方八面體，配位數(shù)為6；A離子位于立方晶胞的角頂，被12個X離子包圍成配位八面體，配位數(shù)為12，如圖 所示，其中，A離子和X離子半徑相近，共同構成立方密堆積。

鈣鈦礦太陽電池中，A離子通常指的是有機陽離子，最常用的為CH₃NH₃

(RA = 0.18 nm)，其他諸如NH₂CH=NH₂ (RA = 0.23 nm)，

CH₃CH₂NH₃ (RA = 0.19-0.22 nm) 也有一定的應用。B離子指的是金屬陽離子，主要有Pb₂ (RB = 0.119 nm)和Sn2 (RB = 0.110 nm)。X離子為鹵族陰離子, 即 I^? (RX = 0.220 nm)、Cl^?(RX = 0.181 nm)和Br^?(RX = 0.196 nm)。

鈣鈦礦太陽能電池電池結構介紹

如圖a所示，介孔結構的鈣鈦礦太陽電池為：FTO導電玻璃、TiO2 致密層、TiO2 介孔層、鈣鈦礦層、HTM層、金屬電極。

在此基礎上，Snaith等把多孔支架層n型半導體TiO₂ 換成絕緣材料Al₂O_3，形成如圖b所示的一種介觀超結構的異質結型太陽電池。

更進一步地，去掉絕緣的支架層，如圖c所示，制備出具有類似于p-i-n結構平面型異質結電池。

Gratzel等還在介孔結構基礎上將HTM層直接去掉，形成CH₃NH₃PbI₃/TiO₂異質結， 制備出一種無HTM層結構，如圖d所示。

此外, Malinkiewicz等人把鈣鈦礦材料作為吸光層用于有機太陽能電池的結構中，如圖e。

鈣鈦礦作為一種人工合成材料，在 2009 年首次被嘗試應用于光伏發(fā)電領域后，因為性能優(yōu)異、成本低廉、商業(yè)價值巨大，從此大放異彩。近年，全球頂尖科研機構和大型跨國公司，如牛津大學、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院、日本松下、夏普、東芝等都投入了大量人力物力，力爭早日實現(xiàn)量產(chǎn)。

2017 年 2 月，纖納光電以 15.2%的轉換效率，首次打破此前長期由日本保持的鈣鈦礦小組件的世界效率紀錄。此后，分別在當年 5 月和 12 月，以 16%和 17.4%的轉換效率實現(xiàn)了一年三破世界紀錄的佳績。這一次，他們又將鈣鈦礦小組件轉換效率提升至 17.9%，穩(wěn)態(tài)輸出效率達 17.3%。該結果再一次證明了中國科學家在鈣鈦礦領域的技術領先優(yōu)勢。

.

.

此整套系統(tǒng)可以應用在有機發(fā)光及鈣鈦礦太陽能電池行業(yè)，其中的設備也可以單獨使用用于其它無水無氧實驗，如鋰電池，有機化學，材料處理等。 實驗儀器可用于材料科學，材料工程，物理，化學等多學科平臺共享使用。

手套箱水氧＜1ppm 集成風機流量＞90m3/h 過濾器：規(guī)格 0.2 微米 干泵可手動或通過PLC啟動，流量≥12m3/h 冷阱裝置可以達到-100℃ 旋涂儀分辨率小于0.5RPM，重復性誤差要小于±0.5RPM 蒸發(fā)系統(tǒng)極抽氣時間：大氣壓~5*10-4Pa小于30min（干燥氮氣充入后） 蒸發(fā)：電阻式蒸發(fā)電極（4對）配備4套數(shù)顯蒸發(fā)電源 真空系統(tǒng)是由分子泵機械泵 分子泵分子泵（抽速大于620L）； 膜厚儀為石英晶振，配原裝水冷探頭二套。