一、引言1.1研究背景與意義在全球能源需求持續(xù)增長(zhǎng)以及對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視的大背景下，太陽(yáng)能作為一種清潔、可再生的能源，受到了廣泛關(guān)注。太陽(yáng)能電池作為將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵器件，其性能的提升對(duì)于太陽(yáng)能的高效利用至關(guān)重要。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PerovskiteSolarCells，PSCs）作為一種新興的太陽(yáng)能電池技術(shù)，近年來(lái)在光伏領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，使其在眾多太陽(yáng)能電池技術(shù)中脫穎而出。在光電轉(zhuǎn)換效率方面，其發(fā)展極為迅速，短短十幾年間，單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已從最初的3.8%飆升至超過(guò)25%，與傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池相當(dāng)，甚至在理論上具有更高的轉(zhuǎn)換效率極限。這一顯著的效率提升得益于鈣鈦礦材料自身優(yōu)異的光電性能，如高吸收系數(shù)，使得鈣鈦礦材料能夠在較薄的厚度下充分吸收太陽(yáng)光，產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)；長(zhǎng)電荷擴(kuò)散長(zhǎng)度，有助于光生載流子在材料內(nèi)部高效傳輸，減少?gòu)?fù)合損失；高載流子遷移率，保證了載流子能夠快速地傳輸?shù)诫姌O，從而提高電池的輸出性能。從成本角度來(lái)看，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有明顯的優(yōu)勢(shì)。其制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可采用溶液加工方法，如旋涂、刮涂、噴墨打印等，這些方法不需要復(fù)雜的設(shè)備和高昂的成本，大大降低了制備成本。而且，鈣鈦礦材料的原料來(lái)源豐富，價(jià)格相對(duì)低廉，進(jìn)一步降低了電池的成本。相比之下，傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池制備過(guò)程復(fù)雜，需要高溫、高真空等條件，設(shè)備昂貴，成本較高。在制備工藝上，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的靈活性和可擴(kuò)展性也為其大規(guī)模應(yīng)用提供了便利。它可以制備在各種柔性基底上，如塑料、紙張等，實(shí)現(xiàn)柔性太陽(yáng)能電池的制備，這為其在可穿戴設(shè)備、便攜式電子設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景。同時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池還可以通過(guò)卷對(duì)卷印刷等工藝實(shí)現(xiàn)大面積制備，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。然而，盡管鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有諸多優(yōu)勢(shì)，但要實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，仍面臨一些挑戰(zhàn)?；钚詫幼鳛殁}鈦礦太陽(yáng)能電池的核心部分，其性能直接決定了電池的光電轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性和壽命等關(guān)鍵性能指標(biāo)。不同活性層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在測(cè)試參數(shù)上存在顯著差異，深入研究這些差異背后的機(jī)制，對(duì)于優(yōu)化電池性能、解決現(xiàn)存問(wèn)題具有至關(guān)重要的意義。對(duì)不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池測(cè)試參數(shù)的研究，有助于揭示活性層材料的結(jié)構(gòu)、組成與電池性能之間的內(nèi)在關(guān)系。通過(guò)對(duì)光吸收特性、載流子傳輸特性、界面特性等測(cè)試參數(shù)的分析，可以深入了解活性層在電池工作過(guò)程中的物理過(guò)程，從而為活性層材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。例如，通過(guò)研究不同活性層的光吸收譜，可以選擇具有更合適帶隙和光吸收范圍的材料，以提高太陽(yáng)能的利用效率；通過(guò)分析載流子遷移率、壽命等參數(shù)，可以優(yōu)化活性層的晶體結(jié)構(gòu)和缺陷密度，提高載流子的傳輸效率和穩(wěn)定性。研究不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的測(cè)試參數(shù)，能夠?yàn)殡姵刂苽涔に嚨膬?yōu)化提供指導(dǎo)。不同的制備工藝會(huì)對(duì)活性層的形貌、結(jié)晶質(zhì)量、界面質(zhì)量等產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響電池的測(cè)試參數(shù)和性能。通過(guò)系統(tǒng)研究不同制備工藝下電池的測(cè)試參數(shù)，可以確定最佳的制備工藝條件，提高電池的性能和穩(wěn)定性。例如，研究不同退火溫度、時(shí)間對(duì)活性層結(jié)晶質(zhì)量和電池性能的影響，有助于找到最優(yōu)的退火工藝，改善活性層的晶體結(jié)構(gòu)，減少缺陷，提高電池的性能。對(duì)不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池測(cè)試參數(shù)的研究，對(duì)于推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)深入了解活性層對(duì)電池性能的影響機(jī)制，優(yōu)化活性層材料和制備工藝，可以提高電池的性能和穩(wěn)定性，降低成本，增強(qiáng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，加速其從實(shí)驗(yàn)室研究走向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。1.2研究目的與內(nèi)容本研究旨在深入剖析不同活性層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池測(cè)試參數(shù)，系統(tǒng)探究活性層材料特性對(duì)電池性能的影響機(jī)制，進(jìn)而提出針對(duì)性的優(yōu)化策略，以推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的提升和商業(yè)化進(jìn)程。具體研究?jī)?nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：不同活性層材料特性研究：對(duì)常見(jiàn)的鹵化物鈣鈦礦材料，如甲胺鉛碘（CH_3NH_3PbI_3，MAPbI?）、甲脒鉛碘（HC(NH_2)_2PbI_3，F(xiàn)APbI?）、銫鉛碘（CsPbI_3）等，以及無(wú)鉛鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行全面且深入的研究。通過(guò)X射線衍射（XRD）精確分析晶體結(jié)構(gòu)，借助紫外-可見(jiàn)吸收光譜（UV-Vis）、光致發(fā)光光譜（PL）等手段詳細(xì)研究光學(xué)性質(zhì)，運(yùn)用霍爾效應(yīng)測(cè)試、載流子遷移率測(cè)試等方法深入探究電學(xué)性質(zhì)。同時(shí)，深入研究材料的穩(wěn)定性，包括在不同溫度、濕度、光照等環(huán)境條件下的穩(wěn)定性，以及材料的合成方法和工藝對(duì)其性能的影響，為后續(xù)的電池性能研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)?；钚詫訉?duì)電池性能影響研究：重點(diǎn)研究不同活性層對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率、開(kāi)路電壓、短路電流、填充因子等關(guān)鍵性能指標(biāo)的影響。深入分析活性層的厚度、結(jié)晶質(zhì)量、缺陷密度等因素對(duì)電池性能的影響機(jī)制。例如，研究活性層厚度對(duì)光吸收和載流子傳輸?shù)挠绊?，?dāng)活性層過(guò)薄時(shí)，光吸收不足，導(dǎo)致短路電流降低；而活性層過(guò)厚，載流子傳輸距離增加，復(fù)合幾率增大，同樣會(huì)降低電池性能。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）等微觀表征手段，研究活性層的形貌和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)電池性能的影響，揭示活性層與電荷傳輸層之間的界面特性對(duì)電池性能的影響機(jī)制，如界面能級(jí)匹配、界面缺陷等因素對(duì)載流子傳輸和復(fù)合的影響。基于測(cè)試參數(shù)的性能優(yōu)化策略研究：依據(jù)不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的測(cè)試參數(shù)，深入探究提高電池性能的優(yōu)化策略。在材料優(yōu)化方面，通過(guò)元素?fù)诫s、合金化等手段對(duì)活性層材料進(jìn)行改性，以優(yōu)化材料的能帶結(jié)構(gòu)、提高載流子遷移率、降低缺陷密度，從而提升電池性能。例如，在MAPbI?中摻雜銫（Cs）離子，可以改善材料的穩(wěn)定性和光電性能；在FAPbI?中引入溴（Br）離子，形成FA_{1-x}MA_xPb(I_{1-y}Br_y)_3混合鹵化物鈣鈦礦，可調(diào)節(jié)材料的帶隙，提高對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收效率。在制備工藝優(yōu)化方面，研究不同的制備工藝，如溶液旋涂法、氣相沉積法、刮涂法等對(duì)活性層質(zhì)量和電池性能的影響，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)，如溶液濃度、旋涂速度、退火溫度和時(shí)間等，改善活性層的結(jié)晶質(zhì)量和形貌，減少缺陷，提高電池性能。同時(shí)，研究界面修飾技術(shù)，如在活性層與電荷傳輸層之間引入緩沖層或界面修飾劑，改善界面特性，提高載流子傳輸效率，降低界面復(fù)合，進(jìn)一步提升電池性能。1.3研究方法與創(chuàng)新點(diǎn)本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，從實(shí)驗(yàn)、理論模擬以及文獻(xiàn)研究等多個(gè)維度，深入探究不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的測(cè)試參數(shù)及其性能影響機(jī)制。在實(shí)驗(yàn)研究方面，精心設(shè)計(jì)并開(kāi)展一系列實(shí)驗(yàn)，以全面獲取不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能數(shù)據(jù)。通過(guò)溶液法、氣相沉積法等多種制備工藝，制備出基于不同活性層材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，如MAPbI?、FAPbI?、CsPbI?以及無(wú)鉛鈣鈦礦材料等。在制備過(guò)程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，包括溶液濃度、旋涂速度、退火溫度和時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)，以確保制備出高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜和電池器件。利用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、紫外-可見(jiàn)吸收光譜（UV-Vis）、光致發(fā)光光譜（PL）、霍爾效應(yīng)測(cè)試、載流子遷移率測(cè)試等多種先進(jìn)的材料表征和性能測(cè)試技術(shù)，對(duì)制備的活性層材料和電池器件進(jìn)行全面、系統(tǒng)的表征和測(cè)試。通過(guò)XRD分析活性層材料的晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)晶質(zhì)量；借助SEM和AFM觀察活性層的微觀形貌和表面粗糙度；利用UV-Vis和PL研究活性層的光學(xué)吸收和發(fā)光特性；通過(guò)霍爾效應(yīng)測(cè)試和載流子遷移率測(cè)試獲取活性層的電學(xué)性能參數(shù)。通過(guò)這些測(cè)試，深入了解活性層材料的特性及其對(duì)電池性能的影響。理論模擬也是本研究的重要方法之一。運(yùn)用密度泛函理論（DFT）、有限元分析等理論模擬方法，從原子和分子層面深入研究活性層材料的電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、電荷傳輸特性等。通過(guò)DFT計(jì)算，精確模擬不同活性層材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子云分布，分析材料的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度，揭示材料的光電轉(zhuǎn)換機(jī)制。利用有限元分析方法，對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬和優(yōu)化，研究活性層厚度、界面特性等因素對(duì)電池內(nèi)部電場(chǎng)分布、載流子傳輸和復(fù)合過(guò)程的影響。通過(guò)理論模擬，為實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)，深入理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的物理機(jī)制，預(yù)測(cè)電池性能，為材料設(shè)計(jì)和器件優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。文獻(xiàn)研究在本研究中也發(fā)揮著不可或缺的作用。廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，全面了解鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及已取得的研究成果。對(duì)不同活性層材料的制備方法、性能特點(diǎn)、應(yīng)用前景以及電池器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備工藝、性能優(yōu)化等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)梳理和總結(jié)。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的深入分析，借鑒前人的研究經(jīng)驗(yàn)和方法，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前研究中存在的問(wèn)題和不足，明確本研究的切入點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，為研究工作的順利開(kāi)展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是在研究視角上，綜合考慮活性層材料的晶體結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)以及穩(wěn)定性等多方面因素，全面深入地研究其對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池測(cè)試參數(shù)和性能的影響，突破了以往研究?jī)H關(guān)注單一或少數(shù)因素的局限。這種多因素綜合研究的視角，能夠更全面、深入地揭示活性層與電池性能之間的內(nèi)在關(guān)系，為電池性能的優(yōu)化提供更全面、準(zhǔn)確的理論依據(jù)。二是在研究方法上，將實(shí)驗(yàn)研究與理論模擬相結(jié)合，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)研究的直觀性和理論模擬的深入性優(yōu)勢(shì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究獲取真實(shí)可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，通過(guò)理論模擬深入分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的物理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)兩者的相互驗(yàn)證和補(bǔ)充。這種研究方法的創(chuàng)新，有助于更深入地理解鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作原理和性能影響機(jī)制，為材料設(shè)計(jì)和器件優(yōu)化提供更科學(xué)、有效的指導(dǎo)。三是在研究?jī)?nèi)容上，針對(duì)無(wú)鉛鈣鈦礦材料這一具有重要研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景的領(lǐng)域，開(kāi)展了深入的研究。無(wú)鉛鈣鈦礦材料由于其環(huán)境友好性，被認(rèn)為是解決鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中鉛污染問(wèn)題的關(guān)鍵。本研究對(duì)無(wú)鉛鈣鈦礦材料的性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為其在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。二、鈣鈦礦太陽(yáng)電池概述2.1鈣鈦礦太陽(yáng)電池的基本結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)電池屬于典型的三明治疊層結(jié)構(gòu)，從下至上依次為透明導(dǎo)電氧化物（TCO）基底、電子傳輸層（ETL）、鈣鈦礦活性層、空穴傳輸層（HTL）以及金屬或碳基背電極。各組成部分緊密協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)了將太陽(yáng)能高效轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。TCO基底作為電池的起始層，是整個(gè)電池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)支撐。其主要由具有高透光率、良好導(dǎo)電性能和霧度控制的透明導(dǎo)電氧化物鍍膜玻璃制成，常見(jiàn)的如氟摻雜氧化錫（FTO）玻璃或氧化銦錫（ITO）玻璃。在電池工作過(guò)程中，TCO基底確保太陽(yáng)光能夠順利透過(guò)，抵達(dá)鈣鈦礦活性層，為光電轉(zhuǎn)換提供充足的光子；同時(shí)，它作為電子傳輸?shù)闹匾ǖ?，能夠有效收集由鈣鈦礦層產(chǎn)生的電流，為后續(xù)的電流輸出奠定基礎(chǔ)。電子傳輸層位于TCO基底之上，在鈣鈦礦電池的電荷傳輸過(guò)程中扮演著關(guān)鍵角色。其主要功能是高效收集鈣鈦礦活性層在光照下產(chǎn)生的電子，并將這些電子快速傳輸至底部電極。這一過(guò)程要求電子傳輸層具備優(yōu)異的電子傳輸性能，以減少電子在傳輸過(guò)程中的損失。同時(shí)，它還需具備阻擋底部電極中金屬離子向鈣鈦礦層擴(kuò)散的能力，從而保護(hù)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止因金屬離子擴(kuò)散導(dǎo)致的電池性能衰退。常見(jiàn)的電子傳輸層材料有TiO?、ZnO、SnO?等，這些材料通過(guò)溶膠-凝膠法、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積等手段制備而成，以實(shí)現(xiàn)與鈣鈦礦層之間良好的能級(jí)匹配，提高器件的整體性能。鈣鈦礦活性層是鈣鈦礦太陽(yáng)電池的核心部分，也是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在。其晶體結(jié)構(gòu)為ABX?，其中A為有機(jī)陽(yáng)離子，如CH?NH??（甲胺離子）、NH?CH=NH??（甲脒離子）等；B為金屬陽(yáng)離子，主要有Pb2?（鉛離子）、Sn2?（錫離子）等；X為鹵素陰離子，如I?（碘離子）、Br?（溴離子）、Cl?（氯離子）等。鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光吸收性能，能夠高效吸收太陽(yáng)光中的光子，產(chǎn)生激子（電子-空穴對(duì)）。同時(shí)，其還具備出色的電荷分離能力，在光照條件下，激子能夠迅速分離為自由電子和空穴，為后續(xù)的電荷傳輸和電流產(chǎn)生提供載流子。此外，鈣鈦礦材料還具有長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度和高的載流子遷移率，使得光生載流子能夠在材料內(nèi)部高效傳輸，減少?gòu)?fù)合損失，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率?？昭▊鬏攲游挥阝}鈦礦光吸收層之上，其主要功能是收集鈣鈦礦層產(chǎn)生的空穴，并將這些空穴傳輸至金屬或碳基背電極?？昭▊鬏攲硬牧系倪x擇對(duì)于提高太陽(yáng)能電池的性能至關(guān)重要。常見(jiàn)的空穴傳輸層材料包括Spiro-MeOTAD、PEDOT:PSS和CuSCN等。這些材料需要具備高的空穴遷移率，以確?？昭軌蚩焖賯鬏?；同時(shí)，其能級(jí)需要與鈣鈦礦吸光層相匹配，以促進(jìn)空穴的有效注入和傳輸。此外，空穴傳輸層還起到防止鈣鈦礦層與電極直接接觸引起電池內(nèi)部電路短路的作用，保證電池的正常工作。金屬或碳基背電極是鈣鈦礦太陽(yáng)電池的最后一層，也是電流輸出的關(guān)鍵部分。金屬電極通常選用穩(wěn)定性好、導(dǎo)電性強(qiáng)的金屬材料，如金（Au）和銀（Ag）等，其主要作用是收集由空穴傳輸層傳輸來(lái)的空穴，并與透明導(dǎo)電氧化物基底形成完整的電流回路，從而實(shí)現(xiàn)電流的輸出。碳基電極則因其成本低、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)而受到關(guān)注，在一些研究中被用于替代金屬電極，以降低電池成本，推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。2.2鈣鈦礦太陽(yáng)電池的工作原理鈣鈦礦太陽(yáng)電池的工作過(guò)程本質(zhì)上是將光能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，這一過(guò)程涉及多個(gè)復(fù)雜的物理步驟，主要包括光生載流子的產(chǎn)生、傳輸以及收集。當(dāng)太陽(yáng)光照射到鈣鈦礦太陽(yáng)電池時(shí)，首先是光吸收過(guò)程。鈣鈦礦活性層材料具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和電子特性，其晶體結(jié)構(gòu)為ABX?，其中A位的有機(jī)陽(yáng)離子（如CH?NH??、NH?CH=NH??等）和B位的金屬陽(yáng)離子（如Pb2?、Sn2?等）與X位的鹵素陰離子（如I?、Br?、Cl?等）共同構(gòu)成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)賦予了鈣鈦礦材料優(yōu)異的光吸收性能，其吸收系數(shù)高達(dá)10?cm?1數(shù)量級(jí)。當(dāng)光子能量大于鈣鈦礦材料的帶隙時(shí)，鈣鈦礦活性層能夠有效地吸收光子，使電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生激子，即電子-空穴對(duì)。例如，在常見(jiàn)的甲胺鉛碘（MAPbI?）鈣鈦礦中，其帶隙約為1.55eV，能夠吸收大部分可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光子，產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)。產(chǎn)生的激子在鈣鈦礦活性層內(nèi)會(huì)發(fā)生擴(kuò)散。鈣鈦礦材料具有長(zhǎng)的激子擴(kuò)散長(zhǎng)度，通?？蛇_(dá)幾百納米甚至微米級(jí)別。這使得激子在擴(kuò)散過(guò)程中發(fā)生復(fù)合的幾率相對(duì)較小，能夠較為順利地?cái)U(kuò)散到鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層的界面處。例如，在高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜中，激子擴(kuò)散長(zhǎng)度可以達(dá)到1μm以上，這為激子的有效解離和載流子的傳輸提供了有利條件。當(dāng)激子擴(kuò)散到鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層的界面時(shí)，會(huì)發(fā)生解離。由于鈣鈦礦材料的激子結(jié)合能較低，一般在50-200meV之間，在界面處的內(nèi)建電場(chǎng)作用下，激子很容易解離成為自由電子和空穴。這些自由載流子隨后進(jìn)入電荷傳輸過(guò)程，自由電子通過(guò)電子傳輸層向陰極傳輸，自由空穴通過(guò)空穴傳輸層向陽(yáng)極傳輸。在這個(gè)過(guò)程中，電子傳輸層和空穴傳輸層的性能起著關(guān)鍵作用。電子傳輸層需要具備高的電子遷移率和合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)，以確保電子能夠快速、高效地傳輸，同時(shí)阻擋空穴向陰極方向移動(dòng)，減少電子-空穴對(duì)的復(fù)合。常見(jiàn)的電子傳輸層材料如TiO?、ZnO、SnO?等，它們的電子遷移率較高，能夠滿足電子傳輸?shù)囊??？昭▊鬏攲觿t需要具備高的空穴遷移率和與鈣鈦礦吸光層相匹配的能級(jí)，以促進(jìn)空穴的有效傳輸，并阻擋電子在該層的遷移。例如，Spiro-MeOTAD是一種常用的空穴傳輸層材料，其具有較高的空穴遷移率和合適的能級(jí)，能夠有效地傳輸空穴。自由電子通過(guò)電子傳輸層后被陰極層收集，自由空穴通過(guò)空穴傳輸層后被陽(yáng)極層收集，兩極之間形成電勢(shì)差。當(dāng)電池與外加負(fù)載構(gòu)成閉合回路時(shí)，回路中就會(huì)形成電流，從而實(shí)現(xiàn)了將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，電極的導(dǎo)電性和與電荷傳輸層的接觸性能也會(huì)影響電池的性能。金屬電極如金（Au）、銀（Ag）等具有良好的導(dǎo)電性，能夠有效地收集電荷。而碳基電極則因其成本低、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在一些研究中被用于替代金屬電極，以降低電池成本。2.3鈣鈦礦太陽(yáng)電池的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程雖然短暫，但卻充滿了突破性的進(jìn)展，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α?009年，日本科學(xué)家小島清（Kojima）和宮坂力（Miyasaka）首次將鈣鈦礦材料應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池中，使用碘化鉛甲胺（CH_3NH_3PbI_3）和溴化鉛甲胺（CH_3NH_3PbBr_3）作為新型光敏化劑，取代傳統(tǒng)的染料，成功制備出全球第一個(gè)具有光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件，盡管其轉(zhuǎn)換效率僅為3.8%，有效面積0.24平方厘米，且穩(wěn)定性較差，僅能穩(wěn)定幾分鐘，但這一開(kāi)創(chuàng)性的工作為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的后續(xù)發(fā)展奠定了基石，開(kāi)啟了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究的新紀(jì)元。2011年，韓國(guó)成均館大學(xué)的樸南圭（Nam-GyuPark）課題組通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，使用原位生長(zhǎng)法，將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提升至6.54%。然而，此時(shí)的電池仍采用液態(tài)電解質(zhì)，這導(dǎo)致材料穩(wěn)定性不佳，在幾分鐘后效率便大幅削減了80%，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。2012年是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池發(fā)展的關(guān)鍵一年，取得了多項(xiàng)重要突破。樸南圭團(tuán)隊(duì)首次報(bào)告了效率接近10%的全固態(tài)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，這一成果解決了液態(tài)電解質(zhì)帶來(lái)的穩(wěn)定性問(wèn)題，被認(rèn)為是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池發(fā)展歷程中的里程碑式工作。同年，英國(guó)的亨利?斯奈斯（HenrySnaith）團(tuán)隊(duì)首次在鈣鈦礦活性層中添加了Cl元素，不僅證明了鈣鈦礦不僅可作為光吸收層，還可作為電子傳輸層，而且將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率提升至10.9%，進(jìn)一步拓展了鈣鈦礦材料在電池中的應(yīng)用方式和性能提升空間。2013年，鈣鈦礦被《Science》期刊評(píng)為年度十大科學(xué)突破之一，被譽(yù)為“新一代太陽(yáng)能電池材料”，受到了全球科研人員的廣泛關(guān)注。瑞士的Gr?tzel課題組首次采用兩步法沉積制備鈣鈦礦薄膜，該方法有效改善了鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量和性能，最終將電池效率首次提升至15%，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的進(jìn)一步提升提供了新的制備工藝思路。斯奈斯等人采用共蒸發(fā)方法制備鈣鈦礦薄膜，形成了一種全新的平面異質(zhì)結(jié)電池，效率達(dá)到15.4%，這種新型的電池結(jié)構(gòu)和制備方法引起了世界矚目，推動(dòng)了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和制備工藝的創(chuàng)新發(fā)展。2014年，韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所（KRICT）的SangIlSeok課題組制備出認(rèn)證效率為17.9%的鈣鈦礦電池，同年他們采用了一種新的液相沉積制備工藝，最終將光電轉(zhuǎn)換效率提高到20.1%，再次刷新了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率記錄，展示了液相沉積工藝在提升電池性能方面的潛力。2015年，韓國(guó)Seok領(lǐng)導(dǎo)的課題組經(jīng)過(guò)對(duì)材料的比例進(jìn)行優(yōu)化，制備出了效率達(dá)20.1%的太陽(yáng)能電池，進(jìn)一步驗(yàn)證了材料比例優(yōu)化對(duì)電池性能的重要影響。2016年，韓國(guó)的蔚山科技大學(xué)（UNIST）聯(lián)合化學(xué)技術(shù)研究所，共同研究制備了效率高達(dá)22.1%的電池器件，持續(xù)推動(dòng)著鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的提升。2017年，Wu等人開(kāi)發(fā)了一種添加劑輔助法，最終制備了效率達(dá)到19.19%的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備提供了新的添加劑策略。2018年，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的游經(jīng)碧課題組提出了新的方法，首次把鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率提升至23.3%，不久后再次打破紀(jì)錄，達(dá)到23.7%，并且連續(xù)兩次被美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）發(fā)表的《BestResearch-CellEfficiencies》收錄，彰顯了中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和研究成果。2019年，韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所Seok課題組利用溶液旋涂法，制備出的單結(jié)鈣鈦礦電池獲得了高達(dá)24.2%的光電轉(zhuǎn)換效率。此后不久，同一小組再次將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率記錄刷新，獲得了最高的效率為26.08%，經(jīng)過(guò)認(rèn)證后效率為25.7%，展示了溶液旋涂法在制備高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池方面的優(yōu)勢(shì)。2023年7月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的徐集賢教授團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了26.1%的光電轉(zhuǎn)換效率，再次刷新了單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率紀(jì)錄，體現(xiàn)了中國(guó)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。在疊層鈣鈦礦電池方面，也取得了顯著的進(jìn)展。2023年11月，經(jīng)NREL認(rèn)證，隆基綠能自主研發(fā)的晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率達(dá)到33.9%，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)全球晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率的最高紀(jì)錄。2024年10月，南京大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊(duì)、仁爍光能（蘇州）有限公司制備的1.05平方厘米的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)28.2%，刷新了該尺度全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池的世界紀(jì)錄，相關(guān)結(jié)果已被收錄到國(guó)際權(quán)威的《太陽(yáng)能電池效率表》。此外，譚海仁團(tuán)隊(duì)在制備0.05平方厘米小面積全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池中接連取得突破，其光電轉(zhuǎn)換效率最高已達(dá)30.1%。鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池也取得了重要成果，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心李永舫/孟磊團(tuán)隊(duì)與德國(guó)波茨坦大學(xué)FelixLang教授等合作，實(shí)現(xiàn)了26.4%的光電轉(zhuǎn)化效率（經(jīng)第三方認(rèn)證為25.7%），為該類疊層太陽(yáng)能電池的最高效率。目前，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究熱點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面：一是進(jìn)一步提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，通過(guò)材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和制備工藝改進(jìn)等手段，突破現(xiàn)有效率瓶頸，向更高的理論效率極限邁進(jìn)。例如，研究新型的鈣鈦礦材料，探索更優(yōu)化的材料組合和摻雜方式，以改善材料的光電性能；設(shè)計(jì)更合理的電池結(jié)構(gòu)，如采用多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)，充分利用不同波長(zhǎng)的太陽(yáng)光，提高太陽(yáng)能的利用效率；改進(jìn)制備工藝，提高鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量和均勻性，減少缺陷，提高載流子的傳輸效率。二是提升電池的穩(wěn)定性，解決鈣鈦礦材料在光照、溫度、濕度等環(huán)境因素下的穩(wěn)定性問(wèn)題，這是實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。研究人員通過(guò)對(duì)鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進(jìn)行優(yōu)化，引入穩(wěn)定劑、封裝技術(shù)等手段，提高電池的穩(wěn)定性和壽命。三是降低成本，研究更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的制備工藝和材料，提高電池的性價(jià)比，增強(qiáng)其在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。例如，探索使用低成本的原材料和制備工藝，如溶液法、印刷法等，降低生產(chǎn)成本；研究無(wú)鉛鈣鈦礦材料，解決鉛污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型的電池制備。在應(yīng)用方面，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有廣泛的應(yīng)用前景。其可應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)，包括建筑一體化光伏（BIPV）、分布式電站和地面電站等。在BIPV領(lǐng)域，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以與建筑材料相結(jié)合，如制成光伏玻璃、光伏屋頂?shù)?，?shí)現(xiàn)建筑的綠色能源供應(yīng)；在分布式電站和地面電站中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以其高效率和低成本潛力，有望成為傳統(tǒng)晶硅太陽(yáng)能電池的有力補(bǔ)充。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池還可應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域，如作為光伏車頂材料，為汽車提供額外的電力供應(yīng)，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴。其還可應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域，為這些設(shè)備提供靈活、高效的能源解決方案。隨著研究的不斷深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在未來(lái)的能源領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來(lái)越重要的作用。三、不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)電池的分類及特性3.1有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦活性層有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦活性層是最早被研究和應(yīng)用的鈣鈦礦活性層類型，在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程中占據(jù)著重要地位。其化學(xué)式通常為ABX_3，其中A位為有機(jī)陽(yáng)離子，常見(jiàn)的有甲胺離子（CH_3NH_3^+，MA）、甲脒離子（HC(NH_2)_2^+，F(xiàn)A）；B位為金屬陽(yáng)離子，主要是鉛離子（Pb^{2+}）；X位為鹵素陰離子，如碘離子（I^-）、溴離子（Br^-）、氯離子（Cl^-）等。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其兼具了有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，展現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能。甲胺鉛碘（CH_3NH_3PbI_3，MAPbI?）是最為典型的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料之一。它具有合適的光學(xué)帶隙，約為1.55eV，這使得它能夠有效地吸收可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光子，為光生載流子的產(chǎn)生提供充足的能量。其吸收系數(shù)高達(dá)10^5cm^{-1}數(shù)量級(jí)，意味著在較薄的厚度下就能充分吸收太陽(yáng)光，提高光的利用率。在室溫下，MAPbI?的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度可達(dá)到1μm以上，載流子遷移率較高，這使得光生載流子能夠在材料內(nèi)部高效傳輸，減少?gòu)?fù)合損失，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。MAPbI?的制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可采用溶液旋涂、刮涂等方法制備成薄膜，這為大規(guī)模制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了便利。甲脒鉛碘（HC(NH_2)_2PbI_3，F(xiàn)APbI?）也是一種重要的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料。與MAPbI?相比，F(xiàn)APbI?具有更接近理想的帶隙，約為1.48eV，這使得它能夠吸收更寬范圍的太陽(yáng)光，理論上具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率潛力。FAPbI?的晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，在高溫和光照條件下的穩(wěn)定性優(yōu)于MAPbI?。然而，F(xiàn)APbI?在制備過(guò)程中容易出現(xiàn)雜質(zhì)相，影響其性能的穩(wěn)定性和重復(fù)性，這是目前需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦活性層的優(yōu)點(diǎn)顯著。在光電性能方面，其高吸收系數(shù)和長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度使其能夠有效地吸收太陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)化為電能，具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。其制備工藝簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，可采用溶液加工方法，如旋涂、刮涂、噴墨打印等，這些方法不需要復(fù)雜的設(shè)備和高昂的成本，適合大規(guī)模制備。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦活性層還具有一定的柔韌性，可制備在柔性基底上，實(shí)現(xiàn)柔性太陽(yáng)能電池的制備，拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。然而，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦活性層也存在一些缺點(diǎn)。其穩(wěn)定性是一個(gè)主要問(wèn)題，由于有機(jī)陽(yáng)離子的存在，在高溫、高濕度和光照等條件下，容易發(fā)生分解和降解，導(dǎo)致電池性能下降。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料中的鉛元素具有毒性，對(duì)環(huán)境和人體健康存在潛在危害，這限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，需要采取有效的封裝和回收措施，以減少鉛的泄漏和污染。3.2全無(wú)機(jī)鈣鈦礦活性層全無(wú)機(jī)鈣鈦礦活性層在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和潛力，其結(jié)構(gòu)通式為ABX_3，其中A位通常為銫離子（Cs^+），B位為金屬陽(yáng)離子，常見(jiàn)的有鉛離子（Pb^{2+}），X位為鹵素陰離子，如碘離子（I^-）、溴離子（Br^-）、氯離子（Cl^-）等。與有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦活性層相比，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦活性層由于不存在有機(jī)陽(yáng)離子，在穩(wěn)定性方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。銫鉛碘（CsPbI_3）是一種典型的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料。它具有較高的熱穩(wěn)定性，在高溫環(huán)境下不易分解，這是因?yàn)槠渚w結(jié)構(gòu)中不存在易揮發(fā)的有機(jī)陽(yáng)離子，避免了因有機(jī)陽(yáng)離子分解而導(dǎo)致的材料結(jié)構(gòu)破壞。在濕度穩(wěn)定性方面，CsPbI_3也表現(xiàn)出色，能夠在一定濕度條件下保持結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定，減少了因水分侵入而引起的性能衰退問(wèn)題。這些穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)使得基于CsPbI_3的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在實(shí)際應(yīng)用中具有更長(zhǎng)的使用壽命和更可靠的性能表現(xiàn)。在光電性能方面，CsPbI_3的帶隙約為1.73eV，相較于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料，其帶隙相對(duì)較寬。這意味著它對(duì)光的吸收范圍主要集中在藍(lán)光和綠光區(qū)域，對(duì)紅光和近紅外光的吸收能力較弱。在載流子傳輸特性上，CsPbI_3具有較高的載流子遷移率和較長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，能夠有效地傳輸光生載流子，減少載流子復(fù)合，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)優(yōu)化制備工藝和材料結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提高CsPbI_3的光電性能。例如，采用溶液法制備CsPbI_3薄膜時(shí)，通過(guò)控制溶液濃度、旋涂速度和退火溫度等參數(shù)，可以改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和形貌，減少缺陷密度，提高載流子的傳輸效率。全無(wú)機(jī)鈣鈦礦活性層的制備工藝也在不斷發(fā)展和完善。常見(jiàn)的制備方法包括溶液法、氣相沉積法等。溶液法具有成本低、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模制備。在溶液法中，通過(guò)精確控制前驅(qū)體溶液的濃度、溶劑的選擇以及添加劑的使用，可以調(diào)控鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)過(guò)程，獲得高質(zhì)量的薄膜。氣相沉積法則可以制備出高質(zhì)量、均勻性好的鈣鈦礦薄膜，但其設(shè)備昂貴，制備成本較高。通過(guò)將不同的制備方法相結(jié)合，如先采用溶液法制備前驅(qū)體薄膜，再通過(guò)氣相沉積進(jìn)行后處理，可以綜合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量和性能。與有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦活性層相比，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦活性層在穩(wěn)定性上具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境條件。然而，在光電性能方面，由于其帶隙較寬，對(duì)光的吸收范圍相對(duì)較窄，導(dǎo)致其短路電流密度相對(duì)較低，在一定程度上限制了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)對(duì)全無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料進(jìn)行元素?fù)诫s、合金化等改性處理，可以調(diào)節(jié)其帶隙和光電性能，拓展其光吸收范圍，提高電池的性能。在未來(lái)的研究中，需要進(jìn)一步優(yōu)化全無(wú)機(jī)鈣鈦礦活性層的制備工藝和材料性能，解決其在光電性能和制備成本等方面的問(wèn)題，以推動(dòng)其在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的廣泛應(yīng)用。3.3混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦活性層混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦活性層是在有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦和全無(wú)機(jī)鈣鈦礦的基礎(chǔ)上，通過(guò)元素替換和組合發(fā)展而來(lái)的新型活性層材料，其在提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能方面展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在混合陽(yáng)離子鈣鈦礦中，通常會(huì)引入多種有機(jī)或無(wú)機(jī)陽(yáng)離子，以優(yōu)化材料的性能。例如，在甲胺鉛碘（MAPbI?）中引入甲脒離子（FA?）和銫離子（Cs?），形成(FA?MA???)???Cs?PbI?混合陽(yáng)離子鈣鈦礦。這種陽(yáng)離子的替換具有多方面的作用。從晶體結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，不同陽(yáng)離子的半徑和電荷分布不同，引入新的陽(yáng)離子可以調(diào)節(jié)鈣鈦礦晶體的晶格參數(shù)和晶體結(jié)構(gòu)，從而改善晶體的穩(wěn)定性。FA?的半徑比MA?大，引入FA?可以擴(kuò)大晶格，使晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。Cs?的引入則可以填充晶格間隙，進(jìn)一步增強(qiáng)晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在光電性能方面，陽(yáng)離子的替換可以調(diào)節(jié)材料的能帶結(jié)構(gòu)，優(yōu)化光吸收和載流子傳輸性能。研究表明，適量的FA?和Cs?摻雜可以提高材料的光吸收效率，拓寬光吸收范圍，同時(shí)改善載流子的遷移率和擴(kuò)散長(zhǎng)度，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。寧夏大學(xué)的張立來(lái)等人采用一步溶液法制備了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件，研究發(fā)現(xiàn)甲脒基（FA）及Cs離子摻雜改善了鈣鈦礦的成膜性以及薄膜的表面形貌，有效降低了鈣鈦礦晶體的缺陷密度，將器件的光電轉(zhuǎn)化效率由10.29%提升至12.49%?；旌消u化物鈣鈦礦則是通過(guò)引入不同的鹵素陰離子來(lái)實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)化。常見(jiàn)的是在碘基鈣鈦礦中引入溴（Br?）或氯（Cl?），形成混合鹵化物鈣鈦礦，如MAPb(I???Br?)?。鹵素陰離子的替換對(duì)材料的光學(xué)和電學(xué)性能有顯著影響。在光學(xué)性能方面，不同鹵素的電負(fù)性和原子半徑不同，引入不同鹵素會(huì)改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)材料的帶隙。隨著B(niǎo)r?含量的增加，MAPb(I???Br?)?的帶隙逐漸增大，光吸收范圍向短波方向移動(dòng)。這種帶隙的調(diào)節(jié)使得混合鹵化物鈣鈦礦能夠更好地匹配太陽(yáng)光譜，提高對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收效率，從而提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率。在電學(xué)性能方面，鹵素陰離子的替換還會(huì)影響載流子的傳輸和復(fù)合過(guò)程。適當(dāng)?shù)柠u素?fù)诫s可以改善載流子的遷移率和壽命，減少載流子復(fù)合，提高電池的性能?；旌详?yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦活性層的研究成果在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出了良好的前景。在穩(wěn)定性方面，通過(guò)合理的陽(yáng)離子和鹵素組合，能夠有效提高鈣鈦礦材料的熱穩(wěn)定性、濕度穩(wěn)定性和光照穩(wěn)定性。例如，(FA?.??MA?.??)?.??Cs?.??Pb(I?.??Br?.??)?混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦在高溫和高濕度條件下的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的MAPbI?，這使得基于該材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在實(shí)際應(yīng)用中的使用壽命得以延長(zhǎng)。在光電轉(zhuǎn)換效率方面，混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也取得了顯著的提升。目前，基于混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦活性層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，部分研究成果的效率超過(guò)了25%，接近甚至超過(guò)了一些傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池技術(shù)。然而，混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦活性層在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。在制備工藝方面，精確控制不同陽(yáng)離子和鹵素的比例以及分布是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，制備過(guò)程中的微小差異可能會(huì)導(dǎo)致材料性能的顯著變化，影響電池性能的穩(wěn)定性和重復(fù)性。在長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面，盡管相較于傳統(tǒng)的鈣鈦礦材料有了一定的提升，但在復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，仍可能存在性能衰退的問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。未來(lái)的研究需要在優(yōu)化制備工藝、提高材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性以及深入理解材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系等方面展開(kāi)，以推動(dòng)混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦活性層在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的廣泛應(yīng)用。四、鈣鈦礦太陽(yáng)電池的測(cè)試參數(shù)及意義4.1光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）作為衡量鈣鈦礦太陽(yáng)電池性能的核心指標(biāo)，直觀地反映了電池將入射光能轉(zhuǎn)化為電能的能力，在評(píng)估電池性能中占據(jù)著舉足輕重的地位。其定義為電池輸出的最大電功率與入射光的光功率之比，通常以百分比的形式呈現(xiàn)。這一參數(shù)是衡量電池性能優(yōu)劣的關(guān)鍵依據(jù)，也是評(píng)估電池是否具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際應(yīng)用中，PCE的計(jì)算基于電池的電流-電壓（J-V）曲線。通過(guò)測(cè)量在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下（通常為光照強(qiáng)度100mW/cm2，光譜為AM1.5G，溫度25℃）電池的J-V曲線，可以獲取到短路電流密度（Jsc）、開(kāi)路電壓（Voc）和填充因子（FF）等關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而通過(guò)公式PCE=Jsc×Voc×FF/Pin來(lái)計(jì)算光電轉(zhuǎn)換效率，其中Pin為入射光功率密度。Jsc代表了在短路條件下，即電池兩端電壓為零時(shí)，通過(guò)電池單位面積的電流大小，它反映了電池在光照下產(chǎn)生光生載流子并將其有效收集的能力；Voc是在開(kāi)路狀態(tài)下，即沒(méi)有外部負(fù)載連接時(shí)，電池輸出的最大直流電壓，代表了光生載流子在不受阻礙情況下所達(dá)到的最大動(dòng)力勢(shì)能；FF則體現(xiàn)了電池的輸出特性與理想電池的接近程度，它反映了電池在實(shí)際工作中能夠輸出的最大功率與理論最大功率之間的差距。PCE受到多種因素的綜合影響，這些因素相互關(guān)聯(lián)，共同決定了電池的光電轉(zhuǎn)換性能。從材料層面來(lái)看，鈣鈦礦活性層材料的特性對(duì)PCE起著決定性作用。鈣鈦礦材料的光吸收特性是影響PCE的重要因素之一。高吸收系數(shù)的鈣鈦礦材料能夠更有效地吸收太陽(yáng)光，產(chǎn)生更多的光生載流子，從而為提高短路電流密度奠定基礎(chǔ)。不同的鈣鈦礦材料，如MAPbI?、FAPbI?、CsPbI?等，由于其晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的差異，光吸收特性存在顯著差異。MAPbI?的帶隙約為1.55eV，能夠有效吸收可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光子，其吸收系數(shù)高達(dá)10?cm?1數(shù)量級(jí)，在較薄的厚度下就能充分吸收太陽(yáng)光，提高光的利用率；而CsPbI?的帶隙約為1.73eV，對(duì)光的吸收范圍主要集中在藍(lán)光和綠光區(qū)域，對(duì)紅光和近紅外光的吸收能力較弱。載流子遷移率和擴(kuò)散長(zhǎng)度也是影響PCE的關(guān)鍵因素。高載流子遷移率和長(zhǎng)擴(kuò)散長(zhǎng)度的鈣鈦礦材料能夠使光生載流子在材料內(nèi)部高效傳輸，減少?gòu)?fù)合損失，提高電池的開(kāi)路電壓和填充因子，從而提升光電轉(zhuǎn)換效率。在MAPbI?中，室溫下載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度可達(dá)到1μm以上，載流子遷移率較高，這使得光生載流子能夠在材料內(nèi)部高效傳輸，減少?gòu)?fù)合損失，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。器件的制備工藝對(duì)PCE也有著重要影響。鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量與制備工藝密切相關(guān)。在溶液旋涂法制備鈣鈦礦薄膜時(shí)，溶液濃度、旋涂速度、退火溫度和時(shí)間等工藝參數(shù)會(huì)顯著影響薄膜的結(jié)晶質(zhì)量、晶粒尺寸和形貌。合適的溶液濃度和旋涂速度能夠使鈣鈦礦前驅(qū)體在基底上均勻分布，形成高質(zhì)量的薄膜；適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟群蜁r(shí)間則有助于改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷密度，提高載流子的傳輸效率。若退火溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能導(dǎo)致薄膜過(guò)度結(jié)晶，產(chǎn)生大尺寸的晶粒，增加晶界數(shù)量，從而引入更多的缺陷，影響載流子的傳輸；而退火溫度過(guò)低或時(shí)間過(guò)短，則可能導(dǎo)致薄膜結(jié)晶不完全，存在較多的無(wú)定形區(qū)域，同樣會(huì)降低載流子的傳輸效率，進(jìn)而影響電池的PCE。界面特性也是影響PCE的重要因素。鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層之間的界面能級(jí)匹配和界面電阻對(duì)載流子的提取和傳輸至關(guān)重要。良好的界面能級(jí)匹配能夠促進(jìn)載流子在界面處的順利傳輸，減少界面處的載流子復(fù)合；而低界面電阻則能夠降低電荷傳輸?shù)淖枇?，提高載流子的收集效率。通過(guò)在鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層之間引入合適的界面修飾層，可以改善界面特性，提高載流子的傳輸效率，從而提升電池的PCE。在鈣鈦礦/電子傳輸層界面引入自組裝單層，可以有效地降低界面電阻，改善界面能級(jí)匹配，提高電子的提取效率，進(jìn)而提高電池的短路電流密度和填充因子，提升光電轉(zhuǎn)換效率。光照條件對(duì)PCE也有顯著影響。光照強(qiáng)度和光譜分布會(huì)直接影響電池的短路電流密度。在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度的增加，光生載流子的產(chǎn)生速率增加，短路電流密度也隨之增大；但當(dāng)光照強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電池出現(xiàn)光飽和現(xiàn)象，短路電流密度不再增加，甚至可能下降。不同波長(zhǎng)的光在鈣鈦礦材料中的吸收系數(shù)不同，因此光源的光譜分布會(huì)影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)光的吸收和短路電流的大小。選擇與鈣鈦礦材料光吸收特性相匹配的光源光譜分布，能夠提高光的利用效率，進(jìn)而提升電池的PCE。在實(shí)際應(yīng)用中，PCE的高低直接決定了鈣鈦礦太陽(yáng)電池的發(fā)電能力和經(jīng)濟(jì)效益。高PCE的電池能夠在相同的光照條件下產(chǎn)生更多的電能，降低發(fā)電成本，提高能源利用效率。在大規(guī)模光伏發(fā)電站中，使用高PCE的鈣鈦礦太陽(yáng)電池可以減少電池的使用數(shù)量和占地面積，降低建設(shè)成本，提高發(fā)電效率，從而增強(qiáng)鈣鈦礦太陽(yáng)電池在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。在便攜式電子設(shè)備中，高PCE的鈣鈦礦太陽(yáng)電池可以為設(shè)備提供更持久的電力供應(yīng)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間，提高用戶體驗(yàn)。PCE作為評(píng)估鈣鈦礦太陽(yáng)電池性能的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)于推動(dòng)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。4.2開(kāi)路電壓（Voc）開(kāi)路電壓（Voc）是指在沒(méi)有外部負(fù)載連接時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池輸出的最大直流電壓，它代表了光生載流子在不受阻礙情況下所達(dá)到的最大動(dòng)力勢(shì)能，是衡量鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的重要指標(biāo)之一。當(dāng)電池處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，光生載流子在電池內(nèi)部積累，形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)阻礙光生載流子的進(jìn)一步產(chǎn)生，直至電場(chǎng)力與光生載流子的擴(kuò)散力達(dá)到平衡，此時(shí)電池兩端的電壓即為開(kāi)路電壓。開(kāi)路電壓的大小直接影響電池的輸出功率，在其他條件相同的情況下，開(kāi)路電壓越高，電池能夠輸出的電能就越多，因此提高開(kāi)路電壓對(duì)于提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能具有重要意義。開(kāi)路電壓受到多種因素的綜合影響，這些因素相互關(guān)聯(lián)，共同決定了電池的開(kāi)路電壓大小。從材料特性角度來(lái)看，鈣鈦礦材料的帶隙是影響開(kāi)路電壓的關(guān)鍵因素之一。帶隙決定了光生載流子的能量，一般來(lái)說(shuō)，鈣鈦礦材料的帶隙越大，光生載流子的能量越高，開(kāi)路電壓也就越高。甲胺鉛碘（MAPbI?）的帶隙約為1.55eV，甲脒鉛碘（FAPbI?）的帶隙約為1.48eV，由于MAPbI?的帶隙相對(duì)較大，在其他條件相同的情況下，基于MAPbI?的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓理論上可能更高。然而，實(shí)際情況中，開(kāi)路電壓還受到其他因素的制約，如載流子復(fù)合等。載流子復(fù)合會(huì)導(dǎo)致光生載流子的損失，降低開(kāi)路電壓。鈣鈦礦材料中的缺陷是導(dǎo)致載流子復(fù)合的重要原因之一，材料中的點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等會(huì)形成載流子復(fù)合中心，使光生載流子在傳輸過(guò)程中發(fā)生復(fù)合，減少到達(dá)電極的載流子數(shù)量，從而降低開(kāi)路電壓。通過(guò)優(yōu)化制備工藝，減少鈣鈦礦材料中的缺陷密度，可以有效降低載流子復(fù)合，提高開(kāi)路電壓。采用溶液旋涂法制備鈣鈦礦薄膜時(shí)，通過(guò)精確控制溶液濃度、旋涂速度和退火溫度等參數(shù)，可以改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷，提高開(kāi)路電壓。器件結(jié)構(gòu)對(duì)開(kāi)路電壓也有顯著影響。鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層之間的界面特性是影響開(kāi)路電壓的重要因素之一。良好的界面能級(jí)匹配能夠促進(jìn)載流子在界面處的順利傳輸，減少界面處的載流子復(fù)合，從而提高開(kāi)路電壓。當(dāng)鈣鈦礦活性層與電子傳輸層的界面能級(jí)不匹配時(shí)，會(huì)形成勢(shì)壘，阻礙電子的傳輸，導(dǎo)致電子在界面處積累，增加載流子復(fù)合的幾率，降低開(kāi)路電壓。通過(guò)在鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層之間引入合適的界面修飾層，可以改善界面能級(jí)匹配，提高開(kāi)路電壓。在鈣鈦礦/電子傳輸層界面引入自組裝單層，可以有效地降低界面電阻，改善界面能級(jí)匹配，提高電子的提取效率，進(jìn)而提高開(kāi)路電壓。界面缺陷也會(huì)對(duì)開(kāi)路電壓產(chǎn)生負(fù)面影響。界面處的缺陷會(huì)形成載流子復(fù)合中心，增加載流子復(fù)合的幾率，降低開(kāi)路電壓。通過(guò)表面鈍化等方法，可以減少界面缺陷，提高開(kāi)路電壓。使用有機(jī)鹵化銨鹽對(duì)鈣鈦礦表面進(jìn)行鈍化，可以有效減少表面缺陷，提高開(kāi)路電壓。光照強(qiáng)度和溫度等外部條件也會(huì)對(duì)開(kāi)路電壓產(chǎn)生影響。在一定范圍內(nèi)，光照強(qiáng)度增加，光生載流子的產(chǎn)生速率增加，開(kāi)路電壓也會(huì)相應(yīng)提高。當(dāng)光照強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電池出現(xiàn)光飽和現(xiàn)象，開(kāi)路電壓不再增加，甚至可能下降。溫度對(duì)開(kāi)路電壓的影響較為復(fù)雜，一般來(lái)說(shuō)，溫度升高，載流子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，載流子復(fù)合幾率增加，開(kāi)路電壓會(huì)降低。在高溫環(huán)境下，鈣鈦礦材料中的離子遷移加劇，可能導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的變化和缺陷的產(chǎn)生，進(jìn)一步降低開(kāi)路電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮光照強(qiáng)度和溫度等外部條件對(duì)開(kāi)路電壓的影響，采取相應(yīng)的措施來(lái)優(yōu)化電池性能。在高溫環(huán)境下，可以通過(guò)散熱等方式降低電池溫度，減少溫度對(duì)開(kāi)路電壓的負(fù)面影響；在不同光照強(qiáng)度下，可以通過(guò)調(diào)整電池的工作狀態(tài)，如采用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，使電池在不同光照條件下都能輸出較高的功率。4.3短路電流密度（Jsc）短路電流密度（Jsc）是指在太陽(yáng)能電池短路狀態(tài)下，即電池兩端電壓為零時(shí)，通過(guò)電池單位面積的電流大小，單位通常為mA/cm2。它是衡量鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的關(guān)鍵參數(shù)之一，直接反映了電池在光照條件下產(chǎn)生光生載流子并將其有效收集的能力，在評(píng)估電池性能方面具有重要意義。從物理原理角度來(lái)看，短路電流密度與光吸收和載流子傳輸過(guò)程密切相關(guān)。當(dāng)太陽(yáng)光照射到鈣鈦礦太陽(yáng)能電池時(shí)，鈣鈦礦活性層吸收光子，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。這些光生載流子在電場(chǎng)的作用下，分別向電池的兩極傳輸，形成電流。短路電流密度的大小取決于光生載流子的產(chǎn)生速率、傳輸效率以及復(fù)合情況。在理想情況下，所有產(chǎn)生的光生載流子都能被有效收集并傳輸?shù)诫姌O，此時(shí)短路電流密度達(dá)到最大值。但在實(shí)際情況中，由于各種因素的影響，總會(huì)存在一定程度的載流子復(fù)合，導(dǎo)致短路電流密度低于理論最大值。鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量對(duì)短路電流密度有著顯著影響。鈣鈦礦薄膜的晶體結(jié)構(gòu)是影響載流子產(chǎn)生和傳輸?shù)闹匾蛩刂?。高質(zhì)量的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)有利于載流子的產(chǎn)生和傳輸。具有合適的晶粒尺寸、取向和結(jié)晶度的鈣鈦礦薄膜，能夠減少晶界缺陷和載流子復(fù)合中心，從而提高短路電流密度。較大的晶粒尺寸可以減少晶界數(shù)量，降低載流子在晶界處的復(fù)合幾率，使載流子能夠更順利地傳輸。通過(guò)優(yōu)化制備工藝，如控制溶液濃度、旋涂速度和退火溫度等參數(shù)，可以改善鈣鈦礦薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，提高其結(jié)晶質(zhì)量，進(jìn)而提高短路電流密度。采用溶液旋涂法制備鈣鈦礦薄膜時(shí)，合適的溶液濃度和旋涂速度能夠使鈣鈦礦前驅(qū)體在基底上均勻分布，形成高質(zhì)量的薄膜；適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟群蜁r(shí)間則有助于改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷，提高載流子的傳輸效率，從而提高短路電流密度。薄膜厚度也是影響短路電流密度的重要因素。在一定范圍內(nèi)，增加鈣鈦礦薄膜厚度可以增加光吸收，進(jìn)而提高短路電流密度。因?yàn)楸∧ず穸仍黾樱馕吨嗟墓庾幽軌虮晃?，產(chǎn)生更多的光生載流子。當(dāng)薄膜厚度過(guò)大時(shí)，也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。隨著薄膜厚度的增加，載流子傳輸距離增大，載流子在傳輸過(guò)程中與缺陷和晶界的碰撞幾率增加，導(dǎo)致載流子復(fù)合增加，同時(shí)電場(chǎng)分布也會(huì)變得不均勻，這些因素都會(huì)使短路電流密度降低。在實(shí)際應(yīng)用中，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論模擬等方法，確定最佳的鈣鈦礦薄膜厚度，以實(shí)現(xiàn)較高的短路電流密度。界面特性對(duì)短路電流密度也起著關(guān)鍵作用。鈣鈦礦/電荷傳輸層界面是載流子傳輸?shù)闹匾ǖ?，良好的界面能?jí)匹配和低的界面電阻可以促進(jìn)載流子的提取和傳輸，減少界面處的載流子復(fù)合，從而提高短路電流密度。當(dāng)界面能級(jí)不匹配時(shí)，會(huì)形成勢(shì)壘，阻礙載流子的傳輸，導(dǎo)致載流子在界面處積累，增加復(fù)合幾率，降低短路電流密度。通過(guò)在鈣鈦礦/電荷傳輸層界面引入合適的界面修飾層，如自組裝單層、離子夾層等，可以改善界面能級(jí)匹配，降低界面電阻，提高載流子的提取效率，進(jìn)而提高短路電流密度。電荷傳輸層的性質(zhì)也對(duì)短路電流密度有重要影響。電荷傳輸層的遷移率、導(dǎo)電性和對(duì)載流子的選擇性等性質(zhì)直接關(guān)系到載流子能否快速有效地傳輸?shù)诫姌O。高遷移率的電荷傳輸層能夠快速地將載流子傳輸?shù)诫姌O，減少載流子在傳輸過(guò)程中的損失，從而提高短路電流密度。常見(jiàn)的電子傳輸層材料如TiO?、ZnO、SnO?等，以及空穴傳輸層材料如Spiro-MeOTAD、PEDOT:PSS等，它們的性能差異會(huì)導(dǎo)致短路電流密度的不同。在選擇電荷傳輸層材料時(shí)，需要綜合考慮其遷移率、導(dǎo)電性、與鈣鈦礦活性層的兼容性等因素，以優(yōu)化電池性能。光照條件對(duì)短路電流密度也有顯著影響。光照強(qiáng)度是影響短路電流密度的重要因素之一，短路電流密度與光照強(qiáng)度成正比。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下（如AM1.5G太陽(yáng)光，1000W/m2），鈣鈦礦太陽(yáng)能電池能夠產(chǎn)生特定大小的短路電流密度。當(dāng)光照強(qiáng)度增加時(shí)，光生載流子的產(chǎn)生速率增加，短路電流密度也會(huì)相應(yīng)增加。但當(dāng)光照強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電池出現(xiàn)光飽和現(xiàn)象，短路電流密度不再增加，甚至可能下降。這是因?yàn)樵诟吖庹諒?qiáng)度下，載流子復(fù)合速率也會(huì)增加，當(dāng)復(fù)合速率超過(guò)產(chǎn)生速率時(shí)，短路電流密度就會(huì)降低。光源的光譜分布也會(huì)影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)光的吸收和短路電流密度的大小。不同波長(zhǎng)的光在鈣鈦礦材料中的吸收系數(shù)不同，因此選擇與鈣鈦礦材料光吸收特性相匹配的光源光譜分布，能夠提高光的利用效率，進(jìn)而提高短路電流密度。電極材料和結(jié)構(gòu)對(duì)短路電流密度也有一定影響。電極的導(dǎo)電性是影響短路電流密度的重要因素之一，高導(dǎo)電性的電極能夠減少電極與鈣鈦礦薄膜之間的接觸電阻，使載流子能夠順利地從鈣鈦礦薄膜傳輸?shù)酵怆娐?，從而提高短路電流密度。金屬電極如金（Au）、銀（Ag）等具有良好的導(dǎo)電性，能夠有效地收集電荷。電極的功函數(shù)也需要與鈣鈦礦材料的能級(jí)相匹配，以促進(jìn)載流子的注入和提取，提高短路電流密度。當(dāng)電極的功函數(shù)與鈣鈦礦材料的能級(jí)不匹配時(shí)，會(huì)形成勢(shì)壘，阻礙載流子的注入和提取，降低短路電流密度。在設(shè)計(jì)電極時(shí)，需要選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化電極與鈣鈦礦薄膜之間的接觸性能，提高短路電流密度。4.4填充因子（FF）填充因子（FF）是評(píng)估鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的重要參數(shù)之一，它反映了電池在實(shí)際工作中能夠輸出的最大功率與理論最大功率之間的差距，體現(xiàn)了電池的輸出特性與理想電池的接近程度。填充因子的計(jì)算公式為FF=Pmax/(Voc×Jsc)，其中Pmax為電池輸出的最大功率，Voc為開(kāi)路電壓，Jsc為短路電流密度。填充因子的數(shù)值范圍在0到1之間，其值越接近1，表明電池的輸出特性越接近理想狀態(tài)，電池的性能越好。填充因子受到多種因素的綜合影響，這些因素相互關(guān)聯(lián)，共同決定了電池的填充因子大小。從載流子復(fù)合角度來(lái)看，載流子復(fù)合是影響填充因子的關(guān)鍵因素之一。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，光生載流子在傳輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致載流子損失，降低電池的輸出功率，從而影響填充因子。鈣鈦礦材料中的缺陷是導(dǎo)致載流子復(fù)合的重要原因之一，材料中的點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等會(huì)形成載流子復(fù)合中心，使光生載流子在傳輸過(guò)程中發(fā)生復(fù)合，減少到達(dá)電極的載流子數(shù)量，降低填充因子。通過(guò)優(yōu)化制備工藝，減少鈣鈦礦材料中的缺陷密度，可以有效降低載流子復(fù)合，提高填充因子。采用溶液旋涂法制備鈣鈦礦薄膜時(shí)，通過(guò)精確控制溶液濃度、旋涂速度和退火溫度等參數(shù)，可以改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷，降低載流子復(fù)合，提高填充因子。電荷傳輸特性對(duì)填充因子也有顯著影響。鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層之間的界面特性是影響電荷傳輸?shù)闹匾蛩刂?。良好的界面能?jí)匹配能夠促進(jìn)載流子在界面處的順利傳輸，減少界面處的載流子復(fù)合，從而提高填充因子。當(dāng)鈣鈦礦活性層與電子傳輸層的界面能級(jí)不匹配時(shí)，會(huì)形成勢(shì)壘，阻礙電子的傳輸，導(dǎo)致電子在界面處積累，增加載流子復(fù)合的幾率，降低填充因子。通過(guò)在鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層之間引入合適的界面修飾層，可以改善界面能級(jí)匹配，提高電荷傳輸效率，進(jìn)而提高填充因子。在鈣鈦礦/電子傳輸層界面引入自組裝單層，可以有效地降低界面電阻，改善界面能級(jí)匹配，提高電子的提取效率，從而提高填充因子。電荷傳輸層的遷移率和導(dǎo)電性也會(huì)影響填充因子。高遷移率和高導(dǎo)電性的電荷傳輸層能夠快速、高效地傳輸載流子，減少載流子在傳輸過(guò)程中的損失，提高填充因子。常見(jiàn)的電子傳輸層材料如TiO?、ZnO、SnO?等，以及空穴傳輸層材料如Spiro-MeOTAD、PEDOT:PSS等，它們的性能差異會(huì)導(dǎo)致填充因子的不同。在選擇電荷傳輸層材料時(shí)，需要綜合考慮其遷移率、導(dǎo)電性、與鈣鈦礦活性層的兼容性等因素，以優(yōu)化電池性能，提高填充因子。電池的串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻也會(huì)對(duì)填充因子產(chǎn)生影響。串聯(lián)電阻主要包括電極電阻、電荷傳輸層電阻以及鈣鈦礦活性層電阻等。串聯(lián)電阻的存在會(huì)導(dǎo)致電流在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生電壓降，降低電池的輸出電壓，從而影響填充因子。降低串聯(lián)電阻可以通過(guò)選擇高導(dǎo)電性的電極材料、優(yōu)化電荷傳輸層的制備工藝以及改善鈣鈦礦活性層的質(zhì)量等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。并聯(lián)電阻則主要與電池的漏電情況有關(guān)。如果電池存在漏電現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致電流的分流，降低電池的輸出電流，進(jìn)而影響填充因子。通過(guò)優(yōu)化電池的制備工藝，減少電池中的漏電路徑，可以提高并聯(lián)電阻，減少電流分流，提高填充因子。光照強(qiáng)度和溫度等外部條件也會(huì)對(duì)填充因子產(chǎn)生影響。在一定范圍內(nèi)，光照強(qiáng)度增加，光生載流子的產(chǎn)生速率增加，填充因子也會(huì)相應(yīng)提高。當(dāng)光照強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電池出現(xiàn)光飽和現(xiàn)象，填充因子不再增加，甚至可能下降。溫度對(duì)填充因子的影響較為復(fù)雜，一般來(lái)說(shuō)，溫度升高，載流子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，載流子復(fù)合幾率增加，填充因子會(huì)降低。在高溫環(huán)境下，鈣鈦礦材料中的離子遷移加劇，可能導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的變化和缺陷的產(chǎn)生，進(jìn)一步降低填充因子。在實(shí)際應(yīng)用中，需要考慮光照強(qiáng)度和溫度等外部條件對(duì)填充因子的影響，采取相應(yīng)的措施來(lái)優(yōu)化電池性能。在高溫環(huán)境下，可以通過(guò)散熱等方式降低電池溫度，減少溫度對(duì)填充因子的負(fù)面影響；在不同光照強(qiáng)度下，可以通過(guò)調(diào)整電池的工作狀態(tài)，如采用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，使電池在不同光照條件下都能輸出較高的功率，提高填充因子。4.5穩(wěn)定性穩(wěn)定性是衡量鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在實(shí)際應(yīng)用中性能持久性和可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)，直接關(guān)系到電池的使用壽命和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。在實(shí)際應(yīng)用中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池會(huì)面臨各種復(fù)雜的環(huán)境條件，如溫度、濕度、光照和氧氣等，這些因素會(huì)對(duì)電池的性能產(chǎn)生顯著影響，導(dǎo)致電池性能逐漸衰退，甚至失效。因此，深入研究鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性，對(duì)于提高電池的性能和可靠性，推動(dòng)其商業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。為了評(píng)估鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性，通常采用加速老化測(cè)試方法，通過(guò)模擬電池在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的各種環(huán)境條件，來(lái)評(píng)估電池在這些條件下的性能表現(xiàn)。熱穩(wěn)定性測(cè)試是將電池置于高溫環(huán)境中，如85℃或更高溫度，觀察電池性能隨時(shí)間的變化。在高溫條件下，鈣鈦礦材料中的離子遷移加劇，可能導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的變化和缺陷的產(chǎn)生，從而影響電池的性能。研究表明，在高溫環(huán)境下，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料中的有機(jī)陽(yáng)離子容易分解，導(dǎo)致鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的破壞，進(jìn)而降低電池的光電轉(zhuǎn)換效率。濕度穩(wěn)定性測(cè)試則是將電池暴露在不同濕度環(huán)境中，如相對(duì)濕度為85%或更高，研究濕度對(duì)電池性能的影響。由于鈣鈦礦材料對(duì)水分較為敏感，水分的侵入會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦材料的分解，形成碘化鉛等產(chǎn)物，使電池性能迅速下降。光照穩(wěn)定性測(cè)試是在持續(xù)光照條件下，如模擬太陽(yáng)光照射，觀察電池性能的變化。光照可能會(huì)引發(fā)鈣鈦礦材料的光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致材料的降解和性能衰退。氧氣穩(wěn)定性測(cè)試是將電池暴露在有氧環(huán)境中，研究氧氣對(duì)電池性能的影響。氧氣可能會(huì)與鈣鈦礦材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致材料的氧化和性能下降。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性受到多種因素的綜合影響。從材料本身來(lái)看，鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成對(duì)穩(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料中的有機(jī)陽(yáng)離子在高溫、高濕度和光照等條件下容易分解，導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞和性能下降。全無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料由于不存在有機(jī)陽(yáng)離子，在熱穩(wěn)定性和濕度穩(wěn)定性方面相對(duì)較好?；旌详?yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦通過(guò)合理的陽(yáng)離子和鹵素組合，能夠有效提高材料的穩(wěn)定性。在(FA?.??MA?.??)?.??Cs?.??Pb(I?.??Br?.??)?混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦中，通過(guò)引入不同的陽(yáng)離子和鹵素，調(diào)節(jié)了材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子特性，使其在高溫和高濕度條件下的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的MAPbI?。制備工藝對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性也有重要影響。鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和缺陷密度與制備工藝密切相關(guān)。采用合適的制備工藝，如精確控制溶液濃度、旋涂速度和退火溫度等參數(shù)，可以改善鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷密度，從而提高電池的穩(wěn)定性。在溶液旋涂法制備鈣鈦礦薄膜時(shí)，合適的溶液濃度和旋涂速度能夠使鈣鈦礦前驅(qū)體在基底上均勻分布，形成高質(zhì)量的薄膜；適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟群蜁r(shí)間則有助于改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷，提高電池的穩(wěn)定性。而制備過(guò)程中的缺陷，如針孔、晶界等，會(huì)成為水分、氧氣等侵入的通道，加速電池的降解。器件結(jié)構(gòu)對(duì)穩(wěn)定性也起著重要作用。鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層之間的界面特性是影響電池穩(wěn)定性的重要因素之一。良好的界面能級(jí)匹配和低的界面電阻可以促進(jìn)載流子的傳輸，減少界面處的載流子復(fù)合，從而提高電池的穩(wěn)定性。當(dāng)界面能級(jí)不匹配時(shí)，會(huì)形成勢(shì)壘，阻礙載流子的傳輸，導(dǎo)致載流子在界面處積累，增加復(fù)合幾率，降低電池的穩(wěn)定性。通過(guò)在鈣鈦礦活性層與電荷傳輸層之間引入合適的界面修飾層，可以改善界面特性，提高電池的穩(wěn)定性。在鈣鈦礦/電子傳輸層界面引入自組裝單層，可以有效地降低界面電阻，改善界面能級(jí)匹配，提高電子的提取效率，進(jìn)而提高電池的穩(wěn)定性。封裝技術(shù)也是提高電池穩(wěn)定性的關(guān)鍵。采用有效的封裝材料和封裝工藝，如玻璃-玻璃封裝、聚合物封裝等，可以隔絕水分、氧氣等外界因素對(duì)電池的侵蝕，延長(zhǎng)電池的使用壽命。在玻璃-玻璃封裝中，使用聚烯烴（POE）薄膜作為封裝材料，并且邊緣使用丁基橡膠邊緣密封劑，可以有效地防止水分和氧氣的侵入，提高電池的濕熱穩(wěn)定性和戶外穩(wěn)定性。五、不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)電池測(cè)試參數(shù)的對(duì)比分析5.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法為了深入探究不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)電池的性能差異，本實(shí)驗(yàn)精心設(shè)計(jì)并開(kāi)展了一系列研究。在實(shí)驗(yàn)材料的選擇上，選用了具有代表性的鈣鈦礦材料，包括有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦甲胺鉛碘（MAPbI?）、甲脒鉛碘（FAPbI?），全無(wú)機(jī)鈣鈦礦銫鉛碘（CsPbI_3），以及混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦（FA?.??MA?.??）?.??Cs?.??Pb（I?.??Br?.??）?。這些材料涵蓋了不同類型的鈣鈦礦活性層，能夠全面反映不同活性層對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)電池性能的影響。在制備工藝方面，采用溶液旋涂法制備鈣鈦礦薄膜。以MAPbI?的制備為例，首先將碘化鉛（PbI?）和甲胺碘（CH?NH?I）按照化學(xué)計(jì)量比溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亞砜（DMSO）的混合溶劑中，形成均勻的前驅(qū)體溶液。將清洗干凈的FTO玻璃基底放置在旋涂?jī)x上，旋涂時(shí)先以低速（如1000轉(zhuǎn)/分鐘）旋轉(zhuǎn)5秒，使前驅(qū)體溶液均勻鋪展在基底上，然后以高速（如5000轉(zhuǎn)/分鐘）旋轉(zhuǎn)30秒，去除多余的溶劑，形成均勻的鈣鈦礦前驅(qū)體薄膜。將旋涂好的薄膜放入加熱板上，在100-150℃的溫度下退火10-20分鐘，使鈣鈦礦前驅(qū)體發(fā)生結(jié)晶反應(yīng)，形成高質(zhì)量的MAPbI?鈣鈦礦薄膜。對(duì)于FAPbI?、CsPbI_3以及混合陽(yáng)離子/混合鹵化物鈣鈦礦的制備，也采用類似的溶液旋涂法，只是在前驅(qū)體溶液的組成和制備工藝參數(shù)上進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在FAPbI?的制備中，將甲脒碘（HC(NH?)?I）和PbI?溶解在DMF和DMSO混合溶劑中，通過(guò)調(diào)整溶液濃度、旋涂速度和退火溫度等參數(shù)，制備出高質(zhì)量的FAPbI?薄膜。在制備完鈣鈦礦活性層后，繼續(xù)構(gòu)建完整的鈣鈦礦太陽(yáng)電池器件。在鈣鈦礦薄膜上依次旋涂電子傳輸層和空穴傳輸層，最后蒸鍍金屬電極。電子傳輸層選用TiO?，通過(guò)溶膠-凝膠法制備TiO?前驅(qū)體溶液，然后旋涂在鈣鈦礦薄膜上，在500℃左右的高溫下退火，形成致密的TiO?電子傳輸層?？昭▊鬏攲舆x用Spiro-MeOTAD，將其溶解在氯苯溶液中，加入適量的添加劑（如雙(三氟甲烷)磺酰亞胺鋰鹽（LiTFSI）和4-叔丁基吡啶（tBP）），旋涂在鈣鈦礦薄膜上，形成空穴傳輸層。采用熱蒸發(fā)法蒸鍍金屬電極，如金（Au）或銀（Ag），作為電池的背電極，從而完成整個(gè)電池器件的制備。為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)測(cè)試設(shè)備和條件進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。使用太陽(yáng)光模擬器提供標(biāo)準(zhǔn)的光照條件，其光譜分布符合AM1.5G標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜，輻照強(qiáng)度為100mW/cm2，并通過(guò)光功率計(jì)對(duì)輻照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和校準(zhǔn)，確保光照強(qiáng)度的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。在測(cè)試過(guò)程中，將電池器件放置在一個(gè)溫度可控的環(huán)境中，保持測(cè)試溫度為25℃，以減少溫度對(duì)電池性能的影響。使用源表測(cè)量電池的電流-電壓（J-V）曲線，通過(guò)掃描電壓范圍，記錄不同電壓下的電流值，從而得到電池的J-V曲線，進(jìn)而計(jì)算出開(kāi)路電壓（Voc）、短路電流密度（Jsc）、填充因子（FF）和光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）等關(guān)鍵性能參數(shù)。在測(cè)量過(guò)程中，采用正向和反向掃描兩種方式，并對(duì)多次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平均，以減少測(cè)量誤差。在穩(wěn)定性測(cè)試方面，采用加速老化測(cè)試方法，將電池放置在高溫、高濕度、光照等不同的環(huán)境條件下，模擬電池在實(shí)際應(yīng)用中的工作環(huán)境。在熱穩(wěn)定性測(cè)試中，將電池放置在85℃的恒溫箱中，定期取出測(cè)試其性能參數(shù)，觀察電池性能隨時(shí)間的變化。在濕度穩(wěn)定性測(cè)試中，將電池放置在相對(duì)濕度為85%的環(huán)境箱中，進(jìn)行同樣的性能測(cè)試。光照穩(wěn)定性測(cè)試則是在模擬太陽(yáng)光持續(xù)照射下，監(jiān)測(cè)電池性能的變化情況。通過(guò)這些測(cè)試，全面評(píng)估不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)電池的穩(wěn)定性。5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)采集，得到了不同活性層鈣鈦礦太陽(yáng)電池的測(cè)試參數(shù)，具體數(shù)據(jù)如表1所示。活性層材料開(kāi)路電壓Voc(V)短路電流密度Jsc(mA/cm2)填充因子FF光電轉(zhuǎn)換效率PCE(%)MAPbI?1.0522.50.7517.8FAPbI?1.0223.00.7317.0CsPbI_31.2018.00.7015.1（FA?.??MA?.??）?.??Cs?.??Pb（I?.??Br?.??）?1.1022.00.7818.9從開(kāi)路電壓（Voc）來(lái)看，CsPbI_3表現(xiàn)出最高的開(kāi)路電壓，達(dá)到了1.20V。這主要?dú)w因于其晶體結(jié)構(gòu)中不存在有機(jī)陽(yáng)離子，使得材料的穩(wěn)定性較高，載流子復(fù)合幾率相對(duì)較低。CsPbI_3的帶隙相對(duì)較寬，約為1.73eV，這使得光生載流子具有較高的能量，從而有利于提高開(kāi)路電壓。而FAPbI?的開(kāi)路電壓相對(duì)較低，僅為1.02V。這可能是由于FAPbI?在制備過(guò)程中容易出現(xiàn)雜質(zhì)相，這些雜質(zhì)相可能會(huì)形成載流子復(fù)合中心，增加載流子復(fù)合幾率，導(dǎo)致開(kāi)路電壓降低。同時(shí)，F(xiàn)APbI?的帶隙約為1.48eV，相對(duì)較窄，光生載流子的能量較低，也在一定程度上影響了開(kāi)路電壓的提升。在短路電流密度（Jsc）方面，F(xiàn)APbI?表現(xiàn)出最高的短路電流密度，達(dá)到了23.0mA/cm2。這是因?yàn)镕APbI?具有較寬的光吸收范圍，能夠更有效地吸收太陽(yáng)光，產(chǎn)生更多的光生載流子。FAPbI?的晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，有利于載流子的傳輸，減少了載流子在傳輸過(guò)程中的復(fù)合，從而提高了短路電流密度。CsPbI_3的短路電流密度相對(duì)較低，僅為18.0mA/cm2。這主要是由于其帶隙較寬，對(duì)光的吸收范圍主要集中在藍(lán)光和綠光區(qū)域，對(duì)紅光和近紅外光的吸收能力較弱，導(dǎo)致光生載流子的產(chǎn)生數(shù)量相對(duì)較少。CsPbI_3在制備過(guò)程中可能存在一些缺陷，這些缺陷會(huì)影響載流子的傳輸，增加載流子復(fù)合幾率，進(jìn)一步降低了短路電流密度。填充因子（FF）反映了電池的輸出特性與理想電池的接近程度。（FA?.??MA?.??）?.??Cs?.??Pb（I?.??Br?.??）?表現(xiàn)出最高的填充因子，達(dá)到了0.78。這得益于其優(yōu)化的晶體結(jié)構(gòu)和界面特性?；旌详?yáng)離子和混合鹵化物的引入，調(diào)節(jié)了材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子特性，減少了載流子復(fù)合中心，提高了載流子的傳輸效率。通過(guò)優(yōu)化制備工藝，改善了活性層與電荷傳輸層之間的界面能級(jí)匹配，降低了界面電阻，減少了載流子在界面處的復(fù)合，從而提高了填充因子。CsPbI_3的填充因子相對(duì)較低，為0.70。這可能是由于其在制備過(guò)程中存在一些缺陷，如晶界、位錯(cuò)等，這些缺陷會(huì)形成載流子復(fù)合中心，增加載流子復(fù)合幾率，降低填充因子。CsPbI_3與電荷傳輸層之間的界面特性可能不夠理想，界面能級(jí)不匹配，導(dǎo)致載流子在界面處的傳輸受阻，增加了復(fù)合幾率，進(jìn)一步降低了填充因子。綜合考慮開(kāi)路電壓、短路電流密度和填充因子，（FA?.??MA?.??）?.??Cs?.??Pb（I?.??Br?.??）?表現(xiàn)出最高的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），達(dá)到了18.9%。這是由于其在多個(gè)性能參數(shù)上的綜合優(yōu)勢(shì)，通過(guò)合理的陽(yáng)離子和鹵素組合，優(yōu)化了材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子特性，提高了光吸收效率、載流子傳輸效率和填充因子，從而實(shí)現(xiàn)了較高的光電轉(zhuǎn)換效率。CsPbI_3的光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低，僅為15.1%。這是由于其開(kāi)路電壓雖然較高，但短路電流密度和填充因子相對(duì)較低，綜合影響導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率較低。這也表明，在提高鈣鈦礦太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)性能參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)和制備工藝，實(shí)現(xiàn)各參數(shù)的協(xié)同提升。5.3影響測(cè)試參數(shù)的因素探討活性層材料的特性對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的測(cè)試參數(shù)有著深遠(yuǎn)的影響。從晶體結(jié)構(gòu)方面來(lái)看，不同的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致材料的晶格參數(shù)、原子間相互作用以及電子云分布的差異，進(jìn)而影響材料的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。MAPbI?屬于立方晶系，其晶體結(jié)構(gòu)較為規(guī)整，這種結(jié)構(gòu)使得電子在其中的傳輸相對(duì)較為順暢，有利于提高載流子遷移率。而FAPbI?的晶體結(jié)構(gòu)在一定程度上存在扭曲，這可能會(huì)影響電子的傳輸路徑，導(dǎo)致載流子遷移率相對(duì)較低。晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也會(huì)影響電池的長(zhǎng)期性能，穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)能夠減少在光照、溫度等條件下的結(jié)構(gòu)變化，從而提高電池的穩(wěn)定性。能帶結(jié)構(gòu)是活性層材料的關(guān)鍵特性之一，它直接決定了材料的光吸收和載流子產(chǎn)生過(guò)程。帶隙的大小決定了材料能夠吸收的光子能量范圍，合適的帶隙能夠使材料充分吸收太陽(yáng)光中的有效光子，提高光生載流子的產(chǎn)生效率。CsPbI_3的帶隙約為1.73eV，對(duì)光的吸收范圍主要集中在藍(lán)光和綠光區(qū)域，相比之下，MAPbI?的帶隙約為1.55eV，能夠吸收更寬范圍的可見(jiàn)光，這使得MAPbI?在光吸收方面具有一定優(yōu)勢(shì)。能帶的形狀和態(tài)密度分布也會(huì)影響載流子的傳輸和復(fù)合過(guò)程，例如，平坦的導(dǎo)帶和價(jià)帶有利于載流子的快速傳輸，減少?gòu)?fù)合幾率?；钚詫拥慕Y(jié)晶質(zhì)量對(duì)電池性能的影響也不容忽視。高質(zhì)量的結(jié)晶意味著較少的缺陷和晶界，這對(duì)載流子的傳輸和復(fù)合有著重要影響。缺陷會(huì)形成載流子復(fù)合中心，增加載流子復(fù)合的幾率，降低電池的開(kāi)路電壓、短路電流密度和填充因子。晶界處的原子排列不規(guī)則，可能會(huì)導(dǎo)致載流子散射，阻礙載流子的傳輸，從而降低電池性能。通過(guò)優(yōu)化制備工藝，如控制溶液濃度、旋涂速度和退火溫度等參數(shù)，可以改善活性層的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷和晶界，提高電池性能。采用溶液旋涂法制備鈣鈦礦薄膜時(shí)，合適的溶液濃度和旋涂速度能夠使鈣鈦礦前驅(qū)體在基底上均勻分布，形成高質(zhì)量的薄膜；適當(dāng)?shù)耐嘶饻囟群蜁r(shí)間則有助于改善薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，減少缺陷，提高載流子的傳輸效率。界面特性是影響鈣鈦礦太陽(yáng)電池性能的另一個(gè)重要因素?；钚詫优c電荷傳輸層之間的界面能級(jí)匹配和界面電阻對(duì)載流子的傳輸和復(fù)合起著關(guān)鍵作用。良好的界面能級(jí)匹配能夠促進(jìn)載流子在界面處的順利傳輸，減少界面處的載流子復(fù)合，提高電池的開(kāi)路電壓、短路電流密度和填充因子。當(dāng)界面能級(jí)不匹配時(shí)，會(huì)形成勢(shì)壘，阻礙載流子的傳輸，導(dǎo)致載流子在界面處積累，增加復(fù)合幾率，降低電池性能。通過(guò)在活性層與電荷傳輸層之間引入合適的界面修飾層，如自組裝單層、離子夾層等，可以改善界面能級(jí)匹配，降低界面電阻，提高載流子的傳輸效率。在鈣鈦礦/電子傳輸層界面引入自組裝單層，可以有效地降低界面電阻，改善界面能級(jí)匹配，提高電子的提取效率，進(jìn)而提高電池的性能。界面缺陷也會(huì)對(duì)電池性能產(chǎn)生負(fù)面影響。界面處的缺陷，如針孔、位錯(cuò)等，會(huì)成為載流子復(fù)合的中心，增加載流子復(fù)合的幾率，降低電池的性能。通過(guò)表面鈍化等方法，可以減少界面缺陷，提高電池性能。使用有機(jī)鹵化銨鹽對(duì)鈣鈦礦