鈣鈦礦太陽能電池說課講解

鈣鈦礦太陽能電池

岳世忠鈣鈦礦鈣鈦礦電池的光吸收層是一種有機(jī)-無機(jī)雜化的材料，化學(xué)式為AMX3（A：CH3NH3+；M：Pb2+；X：I–，Br–或Cl–）。是典型的鈣鈦礦（CaTiO3）晶體結(jié)構(gòu)。晶胞結(jié)構(gòu)MX6構(gòu)成八面體，并相互接觸，組成了三維結(jié)構(gòu)，CH3NH3+嵌入其中。鈣鈦礦太陽能電池的原理燃料敏化電池有機(jī)太陽能電池原理1在燃料敏化電池中電子在電解液的輸運(yùn)性很差，CH3NH3PbX3在電解液中的穩(wěn)定性很差因此在鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)中我們采用固體傳輸，克服這些不利條件。2有機(jī)物電池中，產(chǎn)生的激子的束縛能很大（約為400mev），這就需要很強(qiáng)的內(nèi)建電場來分離激子，而鈣鈦礦電池激子束縛能分別只有50-

76meV。材料中的激子為Wannier-Mott型，其意味著在室溫下，光生電子-穴對在材料內(nèi)部便能實(shí)現(xiàn)分離，提高電池的開路電壓。鈣鈦礦電池的原理，在光照下光敏層產(chǎn)生激子，由于激子束縛能較小，在材料內(nèi)部就可以發(fā)生分離，通過電子空穴層的輸運(yùn)，最后被電極收集。光敏層中的光物理過程光吸收產(chǎn)生電子空穴對，然后演變形成高度離域的瓦尼爾激子。其中一小部分會(huì)自發(fā)的形成自由載流子，激子和自由載流子共存，其動(dòng)態(tài)數(shù)目根據(jù)它們壽命的變化而變化。激子的成雙重組是很弱的。缺陷輔助的重組，在些CH3NH3PbX3鈣鈦礦也會(huì)被抑制。從激子猝滅產(chǎn)生的電子和空穴的復(fù)合也是很微弱的。俄歇復(fù)合在這里是占主導(dǎo)地位的，在高泵入激勵(lì)的條件下自放大輻射會(huì)和俄歇復(fù)合競爭。在低的光強(qiáng)下，俄歇和自放大復(fù)合會(huì)受到抑制。能級(jí)和電子轉(zhuǎn)移示意圖

（1）電子注入;（2）空穴注入;（3）輻射激子復(fù)合;（4）非輻射激子復(fù)合;（5）反電子轉(zhuǎn)移到Tio2的表面;（6）反電子轉(zhuǎn)移到HTM表面;（7）電荷復(fù)合在納米TiO2/HTM界面。優(yōu)點(diǎn)合適的直接帶隙高的吸收系數(shù)優(yōu)異的載流子輸運(yùn)性能一般的帶隙約為1.5eV通過鹵族元素的替代可以調(diào)節(jié)禁帶寬度厚度為300nm左右的鈣鈦礦材料便能吸收紫外到近紅外幾乎所有的光子

優(yōu)良的雙極輸運(yùn)特性，CH3NH3PbI3中，電子和空穴的遷移率達(dá)到10cm2/(V·s)

高的外量子效率

Pbdttt和非晶硅AM1