鈣鈦礦太陽(yáng)能電池發(fā)展研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1鈣鈦礦材料1839年，德國(guó)科學(xué)家GustavRose在俄國(guó)考察時(shí)在烏拉爾山脈南部發(fā)現(xiàn)了元素組成為CaTiO3的礦物，為紀(jì)念俄國(guó)地質(zhì)學(xué)家LevPerovski，因而將其命名為“perovskite”。鈣鈦礦，對(duì)于研究地球科學(xué)的研究者們而言，通常指的是MgSiO3[9]和CaSiO3[8]（鎂鈣鈦礦、鈣鈣鈦礦）材料[10]。而對(duì)于將其用作光伏材料的研究者們而言，鈣鈦礦材料不再是一種礦石，在凝聚態(tài)物理里，鈣鈦礦材料在廣義上就用來(lái)指具有與CaTiO3相似晶體結(jié)構(gòu)的材料，用化學(xué)計(jì)量式ABX3表示。從配位多面體角度考慮，理想鈣鈦礦ABX3的晶體結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，八面體在三維空間共頂點(diǎn)連接形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀框架，A位離子嵌在相互連接的八面體的中心位置，形成配位的立方八面體。由于八面體以共頂點(diǎn)的方式連接，使得八面體之間有足夠的空隙，能夠填充進(jìn)較大半徑的A位陽(yáng)離子，豐富了鈣鈦礦材料的組成[11]。A離子是無(wú)機(jī)陽(yáng)離子如Cs+)或有機(jī)陽(yáng)離子基團(tuán)(如CH3NH3+或CH3CH2NH3+)，B離子是金屬陽(yáng)離子(即Pb2+、Sn2+、Ge2+)和X離子為鹵素陰離子(如I?、Br?、Cl?、F?)[12]。 圖1-2鈣鈦礦化合物的晶體結(jié)構(gòu)[13]Figure1-2Crystalstructureofperovskitecompounds[13]1.2鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作原理鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工作原理如圖1-3所示。在光照條件下，大于鈣鈦礦禁帶寬度的光子會(huì)被鈣鈦礦薄膜吸收，在鈣鈦礦中會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。由于鈣鈦礦的激子結(jié)合能相對(duì)較小，電子-空穴對(duì)容易分離，分別在導(dǎo)帶和價(jià)帶形成自由載流子。來(lái)自鈣鈦礦導(dǎo)帶的電子被注入到電子傳輸層中，并通過(guò)電極進(jìn)一步流向外部電路，空穴傳輸層提取價(jià)帶中的空穴，并與位于空穴輸運(yùn)材料一側(cè)的電極和外部電路形成閉環(huán)[14,15]。在太陽(yáng)能電池的工作過(guò)程中，器件中的載流子沿相反方向運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致載流子重新復(fù)合，降低太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。電子空穴對(duì)復(fù)合主要包括鈣鈦礦材料中的輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合。此外，還存在不同材料之間的界面復(fù)合，包括鈣鈦礦與電子傳輸層或空穴傳輸層之間的復(fù)合，空穴傳輸層與電子傳輸層之間的復(fù)合，以及傳輸層與電極之間的界面復(fù)合[16]等。因此，為了制備高效的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，除了制備高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜[17,18]和鈍化鈣鈦礦材料內(nèi)部缺陷[19,20]外，還可以采用修改界面層[21,22]、優(yōu)化半導(dǎo)體電荷轉(zhuǎn)移層的能級(jí)位置和勢(shì)壘[23,24]等方法。圖1-3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池工作原理[25]Figure1-3Workingprinciplesofperovskitesolarcells[25]1.3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池一般由三個(gè)部分組成：分別為電極層、電荷傳輸層以及光吸收層。電極層：分為底電極和頂電極。他們可以收集吸光層中的光生載流子。底電極需要能夠透過(guò)太陽(yáng)光，是吸光層能夠充分吸收太陽(yáng)光?，F(xiàn)在常用的底電極為在透明玻璃上沉積的導(dǎo)電材料，通常為ITO、FTO等。頂電極材料一般為導(dǎo)電性好的金屬電極?，F(xiàn)在常用的為Au、Ag等。電荷傳輸層：分為電子傳輸層和空穴傳輸層。電荷傳輸層通過(guò)快速的提取自由電子（自由空穴）將其輸送到陰極（陰極），要求其有優(yōu)異的電子（空穴）遷移率、良好的透光性以及與吸光層相匹配的能帶結(jié)構(gòu)。目前常用的電子傳輸材料為TiO2和SnO2，常用的空穴傳輸材料為Spiro-OMeTAD和NiO。光吸收層：為鈣鈦礦層。吸光層為了能夠盡可能的吸收太陽(yáng)光，需要擁有一定的禁帶寬度。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料是最早研究的鈣鈦礦材料，具有代表性的為MAPbI3、FAPbI3。由于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料中的有機(jī)陽(yáng)離子極易發(fā)生分解，目前也有部分研究者將目光投到無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料如CsPbI3、CsPbI2Br[26]。參考文獻(xiàn)[1]Best-research-cell-efficiencies.2021,/pv/cell-efficiency.html.[2]JenaAK,KulkarniA,MiyasakaT.Halideperovskitephotovoltaics:background,status,andfutureprospects[J].Chem.Rev.,2019,119(5):3036-3103.[3]高峰,孫成權(quán),劉全根.太陽(yáng)能開發(fā)利用的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].世界科技研究與發(fā)展,2001,(04):35-39.[4]ChapinDM,FullerCS,PearsonGL.Anewsiliconp-njunctionphotocellforconvertingsolarradiationintoelectricalpower[J].J.Appl.Phys.,1954,25(5):676-677.[5]魏靜,趙清,李恒,等.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池:光伏領(lǐng)域的新希望[J].中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué),2014,44(08):801-821.[6]YanB,YueG,XuX,etal.Highefficiencyamorphousandnanocrystallinesiliconsolarcells[J].PhysicaStatusSolidiA,2010,207(3):671-677.[7]PowallaM,VoorwindenG,HariskosD,etal.HighlyefficientCISsolarcellsandmodulesmadebytheco-evaporationprocess[J].ThinSolidFilms,2009,517(7):2111-2114.[8]BrittJ,FerekidesC.Thin‐filmCdS/CdTesolarcellwith15.8%efficiency[J].Appl.Phys.Lett.,1993,62(22):2851-2852.[9]O'reganB,Gr?tzelM.Alow-cost,high-efficiencysolarcellbasedondye-sensitizedcolloidalTiO2films[J].Nature,1991,353(6346):737-738.[10]KangJun,WangLin-Wang.HighDefectToleranceinLeadHalidePerovskiteCsPbBr3[J].Thejournalofphysicalchemistryletters,2017,8(2):489-493.[11]SichaoTong,HanWu,ChujunZhang,etal.Large-areaandhigh-performanceCH3NH3PbI3perovskitephotodetectorsfabricatedviadoctorbladinginambientcondition[J].OrganicElectronics,2017,49:347-354.[12]PonsecaJrCS,SavenijeTJ,AbdellahM,etal.Organometalhalideperovskitesolarcellmaterialsrationalized:ultrafastchargegeneration,highandmicrosecond-longbalancedmobilities,andslowrecombination[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2014,136(14):5189-5192.[13]ZhouY,YangM,PangS,etal.ExceptionalMorphology-preservingEvolutionofFormamidiniumLeadTriiodidePerovskiteThinFilmsviaOrganic-cationDisplacement[J].JournaloftheAmericanChemicalSoci