2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池的制備與性能考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪種材料屬于典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)？A.NaClB.CaTiO?C.SiCD.ZnO2.鹵化鉛鈣鈦礦中，最常見的鹵素元素是？A.FB.ClC.BrD.I3.下列哪種方法不屬于常用的鈣鈦礦薄膜制備方法？A.旋涂法B.溶劑蒸發(fā)法C.蒸發(fā)沉積法D.熱壓法4.鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池中，電子給體通常是指？A.鈣鈦礦層B.電極層C.載流子傳輸層D.染料分子5.下列哪個(gè)參數(shù)不是用來表征鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池性能的重要指標(biāo)？A.轉(zhuǎn)換效率B.開路電壓C.填充因子D.晶體粒度6.鹵化鉛鈣鈦礦中，帶隙較小的鹵化物是？A.PbI?B.PbBr?C.PbCl?D.MAPbI?7.下列哪種方法可以有效提高鹵化鉛鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度？A.降低溫度退火B(yǎng).提高溫度退火C.減少前驅(qū)體濃度D.延長沉積時(shí)間8.鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池中，透明導(dǎo)電電極的作用是？A.收集光子B.傳輸空穴C.傳輸電子D.導(dǎo)電9.下列哪種因素不是影響鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池開路電壓的主要因素？A.鈣鈦礦薄膜的帶隙B.鈣鈦礦薄膜的厚度C.電極材料的選擇D.載流子壽命10.鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？A.制備成本高B.轉(zhuǎn)換效率低C.穩(wěn)定性差D.以上都是二、填空題1.鹵化鉛鈣鈦礦的化學(xué)通式通常表示為________。2.鈣鈦礦太陽能電池中，電子和空穴分別由________層和________層產(chǎn)生。3.鹵化鉛鈣鈦礦薄膜的制備過程中，前驅(qū)體溶液的濃度通常需要控制在________范圍內(nèi)。4.鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率受到________、________和________等因素的影響。5.為了解決鹵化鉛鈣鈦礦的穩(wěn)定性問題，研究者們嘗試了多種方法，例如________、________和________。三、簡答題1.簡述旋涂法制備鹵化鉛鈣鈦礦薄膜的步驟。2.解釋什么是鈣鈦礦太陽能電池的填充因子，并說明其影響因素。3.闡述鹵化鉛鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度對其光電性能的影響。4.分析鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池中鉛毒性的主要來源及其潛在危害。四、計(jì)算題假設(shè)制備了面積為1平方厘米的鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池，其短路電流密度為15mA/cm2，開路電壓為0.7V，填充因子為0.75。計(jì)算該電池的理論轉(zhuǎn)換效率。五、論述題論述鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池目前面臨的主要挑戰(zhàn)，并探討可能的解決方案及其前景。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.D4.A5.D6.D7.B8.D9.C10.D二、填空題1.ABX?2.鈣鈦礦；電極3.低4.薄膜質(zhì)量；器件結(jié)構(gòu)；界面質(zhì)量5.鉛鹽改造；鈣鈦礦Perovskite材料替代；封裝技術(shù)三、簡答題1.答案：旋涂法制備鹵化鉛鈣鈦礦薄膜的步驟通常包括：將前驅(qū)體溶液與溶劑混合均勻；將基板清潔并干燥；將旋涂機(jī)設(shè)定好轉(zhuǎn)速和提拉速度；將基板放置于旋涂機(jī)上，滴加適量前驅(qū)體溶液；開啟旋涂機(jī)，溶液在離心力作用下均勻鋪展在基板上；提拉基板，使溶液形成薄膜；將薄膜置于烘箱中退火，去除溶劑并促進(jìn)結(jié)晶。解析：考查對旋涂法基本流程的掌握。需答出關(guān)鍵步驟：溶液準(zhǔn)備、基板處理、旋涂參數(shù)設(shè)置、旋涂過程、退火處理。答出離心力成膜原理即可。2.答案：填充因子（FF）是指太陽能電池實(shí)際輸出功率與最大可能輸出功率的比值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為FF=(Pmax/Voc*Jsc)×100%，其中Pmax為最大輸出功率，Voc為開路電壓，Jsc為短路電流密度。填充因子受到內(nèi)阻的影響，內(nèi)阻包括串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻。串聯(lián)電阻主要來源于電極接觸電阻、界面電阻和體電阻等；并聯(lián)電阻主要來源于電極的漏電和界面復(fù)合。解析：考查對填充因子定義和影響因素的理解。需答出定義公式，并準(zhǔn)確指出其受內(nèi)阻影響，并進(jìn)一步說明串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的主要來源。3.答案：鹵化鉛鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度對其光電性能有顯著影響。高結(jié)晶度的薄膜具有更小的晶粒尺寸、更少的缺陷和更高的載流子遷移率，有利于載流子的傳輸和減少復(fù)合，從而提高電池的開路電壓、短路電流密度和填充因子，最終提升電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，高結(jié)晶度的薄膜也具有更好的光穩(wěn)定性。解析：考查對結(jié)晶度與光電性能關(guān)系的理解。需答出高結(jié)晶度對載流子傳輸、復(fù)合的影響，以及對開路電壓、短路電流密度、填充因子和光穩(wěn)定性的正面作用。4.答案：鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池中鉛毒性的主要來源是鹵化鉛鈣鈦礦材料本身。鉛離子(Pb2?)可以通過多種途徑釋放到環(huán)境中，例如，在光照、高溫、濕氣等條件下，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)會發(fā)生降解，導(dǎo)致鉛離子釋放。鉛離子具有毒性，對環(huán)境和人體健康造成危害。鉛毒性的潛在危害包括土壤和水體污染、生物富集、人體中毒等。解析：考查對鉛毒性來源和危害的認(rèn)識。需答出主要來源是材料本身，并說明鉛離子釋放的條件，以及列舉主要的潛在危害。四、計(jì)算題答案：理論轉(zhuǎn)換效率=(Jsc*Voc*FF)/(1.34*100%)=(15mA/cm2*0.7V*0.75)/1.34≈7.94%解析：直接應(yīng)用轉(zhuǎn)換效率計(jì)算公式Pmax=(Jsc*Voc*FF)/100%，其中Pmax以百分比表示。注意單位換算，1V=1000mV，1cm2=10??m2，但在此題中無需進(jìn)行單位換算。最終結(jié)果乘以100%表示效率百分比。五、論述題答案：鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池目前面臨的主要挑戰(zhàn)包括：1.穩(wěn)定性問題：鹵化鉛鈣鈦礦在光照、空氣、濕氣等環(huán)境下容易發(fā)生降解，導(dǎo)致器件性能衰減和壽命縮短。這是制約其商業(yè)化的關(guān)鍵因素。2.鉛毒性問題：鉛是重金屬，具有毒性，對環(huán)境和人體健康造成危害。如何消除或減輕鉛毒性是亟待解決的問題。3.效率衰減問題：鈣鈦礦薄膜在制備和運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致器件效率隨時(shí)間推移而下降。可能的解決方案及其前景：1.穩(wěn)定性提升：通過材料改性（例如，引入鹵素離子摻雜、取代部分鉛離子為其他金屬離子）、器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化（例如，引入緩沖層、空穴/電子傳輸層）和封裝技術(shù)（例如，采用保護(hù)性涂層、封裝材料）等方法可以提升器件的穩(wěn)定性。這些方法已在實(shí)驗(yàn)室取得一定成效，但仍需進(jìn)一步優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定的商業(yè)化應(yīng)用。2.鉛毒性消除：通過尋找替代鉛的鈣鈦礦材料（例如，錫鈣鈦礦、銦鈣鈦礦、鎵鈣鈦礦等），或開發(fā)無鉛鈣鈦礦材料是解決鉛毒性的根本途徑。目前，無鉛鈣鈦礦材料的效率和穩(wěn)定性仍有待提高，但其發(fā)展前景廣闊。3.效率衰減抑制：通過優(yōu)化薄膜制備工藝、減少缺陷產(chǎn)生、鈍化缺陷中心等方法可以抑制器件效率的衰減。這些方法有助于提升器件的長期可靠性。前景展望：盡管鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池面臨諸多挑戰(zhàn)，但其具有高光吸收系數(shù)、長載流子擴(kuò)散長度、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)，使其成為最具潛力的下一代光伏技術(shù)之一。隨著研究的不斷深入，上述挑戰(zhàn)