2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備與性能優(yōu)化考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種材料不屬于鈣鈦礦材料的基本結(jié)構(gòu)類型？A.ABX?B.ABO?C.AB?X?D.ABX?2.甲基銨鈣鈦礦（CH?NH?PbI?）中最主要的缺陷是？A.空位B.位錯(cuò)C.離子摻雜D.化學(xué)計(jì)量比偏離3.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，電子傳輸層的主要作用是？A.吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì)B.收集并傳輸電子到電極C.提供空穴的出口D.增強(qiáng)電池的光學(xué)透明度4.下列哪種方法不屬于溶液法制備鈣鈦礦薄膜？A.旋涂B.噴涂C.氣相沉積D.浸涂5.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，緩沖層的主要作用是？A.增強(qiáng)電池的光吸收能力B.防止鈣鈦礦層與電極直接接觸C.提高電池的穩(wěn)定性D.調(diào)節(jié)電池的能級(jí)結(jié)構(gòu)6.下列哪種因素不會(huì)影響鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度？A.前驅(qū)體濃度B.沉積溫度C.沉積時(shí)間D.緩沖層的材料7.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率主要取決于？A.光吸收能力B.電荷產(chǎn)生、傳輸、分離和收集的效率C.薄膜厚度D.電極材料8.為了提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光化學(xué)穩(wěn)定性，可以采取的措施不包括？A.使用全無(wú)機(jī)鈣鈦礦B.添加添加劑C.表面修飾D.降低電池的工作溫度9.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與硅太陽(yáng)能電池相比，主要的優(yōu)勢(shì)是？A.成本低B.穩(wěn)定性高C.光譜響應(yīng)范圍廣D.制備工藝簡(jiǎn)單10.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究前沿之一是？A.制備更高效率的單結(jié)電池B.開(kāi)發(fā)鈣鈦礦與其他半導(dǎo)體的疊層電池C.提高電池的光化學(xué)穩(wěn)定性D.以上都是二、填空題（每空1分，共10分）1.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)通常包括______、______、______和______。2.甲基銨鈣鈦礦（CH?NH?PbI?）的帶隙約為_(kāi)_____eV。3.溶液法制備鈣鈦礦薄膜的主要優(yōu)點(diǎn)是______、______和______。4.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，電子傳輸材料通常具有______的能級(jí)。5.為了提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性，可以采取的措施包括______、______和______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作原理。2.比較溶液法制備鈣鈦礦薄膜的優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的主要策略。4.簡(jiǎn)述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池面臨的主要挑戰(zhàn)。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備工藝對(duì)其性能的影響。2.論述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池未來(lái)的發(fā)展前景。五、計(jì)算題（10分）假設(shè)一個(gè)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的面積為1平方厘米，其短路電流密度為20mA/cm2，開(kāi)路電壓為0.7V，填充因子為0.75。計(jì)算該電池的功率轉(zhuǎn)換效率。六、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（10分）設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，用于研究不同類型的緩沖層對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的影響。請(qǐng)說(shuō)明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、所需材料和設(shè)備以及數(shù)據(jù)分析方法。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.B4.C5.D6.D7.B8.D9.C10.D二、填空題1.鈣鈦礦層、電子傳輸層、空穴傳輸層、電極2.1.553.成本低、工藝簡(jiǎn)單、可大面積制備4.高5.使用全無(wú)機(jī)鈣鈦礦、添加添加劑、表面修飾三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先說(shuō)明鈣鈦礦材料在光照下吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，然后解釋電子和空穴分別通過(guò)電子傳輸層和空穴傳輸層被收集并傳輸?shù)诫姌O，最后說(shuō)明電子和空穴在電極處復(fù)合形成電流。簡(jiǎn)答題需要清晰地描述出整個(gè)光電轉(zhuǎn)換過(guò)程。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作原理：鈣鈦礦材料在光照下吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，產(chǎn)生的電子和空穴具有不同的遷移率。電子通過(guò)電子傳輸層（ETL）被收集并傳輸?shù)秸骐姌O，空穴通過(guò)空穴傳輸層（HTL）被收集并傳輸?shù)奖趁骐姌O。最終，電子和空穴在電極處復(fù)合形成電流。2.解析思路：從制備成本、工藝復(fù)雜度、薄膜均勻性和可控性等方面進(jìn)行比較。溶液法具有成本低、工藝簡(jiǎn)單、易于大面積制備等優(yōu)點(diǎn)，但薄膜的均勻性和結(jié)晶度控制相對(duì)較難。簡(jiǎn)答題需要全面地比較溶液法的優(yōu)缺點(diǎn)。溶液法制備鈣鈦礦薄膜的優(yōu)點(diǎn)：成本低、工藝簡(jiǎn)單、易于大面積制備。溶液法制備鈣鈦礦薄膜的缺點(diǎn)：薄膜的均勻性和結(jié)晶度控制相對(duì)較難，器件性能的穩(wěn)定性有時(shí)不如氣相沉積法制備的器件。3.解析思路：從結(jié)構(gòu)優(yōu)化、成分優(yōu)化和工藝優(yōu)化等方面進(jìn)行闡述。結(jié)構(gòu)優(yōu)化包括薄膜厚度、能級(jí)匹配、緩沖層設(shè)計(jì)等；成分優(yōu)化包括陽(yáng)離子/陰離子的取代、摻雜改性等；工藝優(yōu)化包括制備條件的優(yōu)化、表面處理等。簡(jiǎn)答題需要列舉出提高效率的主要策略，并進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的主要策略：結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如控制薄膜厚度、優(yōu)化能級(jí)匹配、設(shè)計(jì)合適的緩沖層等；成分優(yōu)化，如進(jìn)行陽(yáng)離子/陰離子的取代、摻雜改性等，以改善材料的光電性能和穩(wěn)定性；工藝優(yōu)化，如優(yōu)化制備條件、進(jìn)行表面處理等，以提高薄膜的質(zhì)量和器件的性能。4.解析思路：從材料穩(wěn)定性、器件效率、大面積制備均勻性、環(huán)境友好性等方面進(jìn)行闡述。簡(jiǎn)答題需要指出鈣鈦礦太陽(yáng)能電池目前面臨的主要挑戰(zhàn)，并進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池面臨的主要挑戰(zhàn)：材料穩(wěn)定性問(wèn)題，特別是光化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性；器件效率的進(jìn)一步提升；大面積制備均勻性控制；環(huán)境友好性和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。四、論述題1.解析思路：首先說(shuō)明制備工藝對(duì)鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度、均勻性、缺陷等性質(zhì)的影響，然后解釋這些性質(zhì)如何影響電荷的產(chǎn)生、傳輸、分離和收集，最后說(shuō)明這些因素如何最終影響電池的性能。論述題需要深入分析制備工藝對(duì)電池性能的影響機(jī)制。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備工藝對(duì)其性能的影響：制備工藝對(duì)鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度、均勻性、缺陷等性質(zhì)有著重要的影響，而這些性質(zhì)又直接影響著電荷的產(chǎn)生、傳輸、分離和收集，最終影響電池的性能。例如，旋涂法制備的鈣鈦礦薄膜通常具有較好的結(jié)晶度和均勻性，器件性能也相對(duì)較好；而氣相沉積法制備的鈣鈦礦薄膜雖然具有更高的結(jié)晶度，但制備成本較高，不易大面積制備。此外，制備過(guò)程中的溫度、時(shí)間、氣氛等參數(shù)也會(huì)影響薄膜的性質(zhì)，進(jìn)而影響電池的性能。2.解析思路：首先說(shuō)明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)，如光譜響應(yīng)范圍廣、轉(zhuǎn)換效率高、制備工藝簡(jiǎn)單等，然后說(shuō)明其面臨的挑戰(zhàn)，如材料穩(wěn)定性、大面積制備均勻性等，最后展望其未來(lái)的發(fā)展前景，如效率進(jìn)一步提升、成本進(jìn)一步降低、與其他技術(shù)結(jié)合等。論述題需要對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行全面的分析和展望。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池未來(lái)的發(fā)展前景：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有光譜響應(yīng)范圍廣、轉(zhuǎn)換效率高、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，未來(lái)發(fā)展?jié)摿薮?。未?lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究將主要集中在以下幾個(gè)方面：進(jìn)一步提高效率，開(kāi)發(fā)更高效率的單結(jié)電池和疊層電池；提高穩(wěn)定性，解決光化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性問(wèn)題；降低成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；與其他技術(shù)結(jié)合，如與硅太陽(yáng)能電池結(jié)合等。隨著研究的不斷深入，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有望在未來(lái)能源領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。五、計(jì)算題解析思路：首先列出功率轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算公式，然后代入題目中給出的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算題需要清晰地列出計(jì)算過(guò)程和公式，并得出最終結(jié)果。功率轉(zhuǎn)換效率(η)=電流密度(Jsc)×開(kāi)路電壓(Voc)×填充因子(FF)/100η=20mA/cm2×0.7V×0.75/100η=0.105/100η=10.5%六、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題解析思路：首先說(shuō)明實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，然后詳?xì)描述實(shí)驗(yàn)步驟，包括制備不同緩沖層的器件、測(cè)試器件性能等。接著列出所需材料和設(shè)備，最后說(shuō)明數(shù)據(jù)分析方法，如比較不同緩沖層器件的性能參數(shù)，分析緩沖層對(duì)器件性能的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題需要設(shè)計(jì)一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)方案，并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)步驟、所需材料和設(shè)備以及數(shù)據(jù)分析方法。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯坎煌愋偷木彌_層對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)步驟：1.制備一系列具有不同緩沖層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，包括沒(méi)有緩沖層的器件、使用TiO?作為緩沖層的器件、使用Al?O?作為緩沖層的器件、使用ZnO作為緩沖層的器件等。2.使用太陽(yáng)能模擬器測(cè)試每個(gè)器件的電流-電壓特性，得到短路電流密度(Jsc)、開(kāi)路電壓(Voc)、填充因子(FF)和功率轉(zhuǎn)換效率(η)。3.使用光譜儀測(cè)量每個(gè)器件的光吸收光譜