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物理化学学报  2016, Vol. 32 Issue (9): 2159-2170    DOI: 10.3866/PKU.WHXB201606072
综述     
钙钛矿太阳电池吸光层材料研究进展
晒旭霞,李丹,刘双双,李浩,王鸣魁*()
Advances and Developments in Perovskite Materials for Solar Cell Applications
Xu-Xia SHAI,Dan LI,Shuang-Shuang LIU,Hao LI,Ming-Kui WANG*()
 全文: PDF(7620 KB)   HTML 输出: BibTeX | EndNote (RIS) |
摘要:

近年来,有机-无机卤化铅钙钛矿太阳电池的研究取得了突破性进展,公证记录电池效率22.1%,与CdTe薄膜电池(认证记录电池效率22.1%)和CuInGaSn(CIGS)(认证记录电池效率22.3%)薄膜电池技术相媲美,已经接近于市场上主导地位的晶体硅太阳电池(约25%)。有机卤化铅钙钛矿太阳电池器件的长期效率输出稳定性和含毒性Pb严重制约其实际应用。本文将讨论有机卤化铅钙钛矿太阳电池不稳定性因素和相应的解决方案,并对钙钛矿材料中Pb元素的取代工作和无机非铅钙钛矿材料及其太阳电池的研究进行了阐述与展望。

关键词: 钙钛矿稳定性Pb取代太阳电池无机非铅钙钛矿    
Abstract:

In recent years, significant breakthroughs have been achieved in the development of organicinorganic halide lead perovskite solar cells, with reported power conversion efficiency (PCE) values of up to 22.1%. This value is comparable to the efficiencies obtained using CdTe (22.1%) and CuInGaSn (CIGS) (22.3%) solar cells, and close to the value associated with crystalline silicon solar cells (approximately 25%). However, the limited long-term output efficiency stability and lead toxicity issues associated with organic-inorgan lead halide perovskite cells have limited their commercial applications. This review focuses on these issues and corresponding solutions for halide lead hybrid perovskite solar cells, and discusses advances and developments in Pb-free inorganic perovskite solar cells. We also examine the current body of knowledge regarding perovskite solar cells and discuss critical points and expectations regarding further performance improvements.

Key words: Perovskite    Stability    Pb substitution    Solar cell    Pb-free inorganic perovskite
收稿日期: 2016-04-12 出版日期: 2016-06-07
中图分类号:  O649  
基金资助: 湖北省自然科学基金重点项目(ZRZ2015000203);湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目(T201511)
通讯作者: 王鸣魁     E-mail: mingkui.wang@mail.hust.edu.cn
作者简介: 晒旭霞,1988年生。2008-2015年就读于云南师范大学太阳能研究所,学习太阳能光伏与光热的传统知识并从事新能源材料的研究。2015年至今为华中科技大学武汉光电国家实验室/能源光电子实验室非定向博士研究生,主要研究方向为太阳电池半导体材料与器件光电转换性能|李丹,1992年生。2013年本科毕业于河南师范大学化学专业,2013年至今为华中科技大学光电国家实验室光学工程专业全日制非定向博士研究生。主要研究方向为太阳电池半导体材料与器件|刘双双,1990年生。2013年本科毕业于滨州学院应用化学专业,2013年至今为华中科技大学光电国家实验室光学工程专业全日制非定向博士研究生。主要研究方向为太阳电池半导体材料与器件|李浩,1990年生。2014年本科毕业于华中科技大学化学与化工学院化学工程专业,2014年至今为华中科技大学武汉光电实验室光电子实验室全日制非定向博士研究生。主要研究方向为钙钛矿太阳电池对电极和光电转换性能|王鸣魁,1977年生。1999年本科毕业于哈尔滨工业大学应用化学系,2001年硕士毕业于哈尔滨工业大学应用化学系,2005年博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所电分析国家重点实验室。现为华中科技大学/武汉光电实验室博士生导师、教授。主要研究方向为太阳电池界面动力学
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晒旭霞
李丹
刘双双
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王鸣魁

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晒旭霞,李丹,刘双双,李浩,王鸣魁. 钙钛矿太阳电池吸光层材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2016, 32(9): 2159-2170.

Xu-Xia SHAI,Dan LI,Shuang-Shuang LIU,Hao LI,Ming-Kui WANG. Advances and Developments in Perovskite Materials for Solar Cell Applications. Acta Phys. -Chim. Sin., 2016, 32(9): 2159-2170.

链接本文:

http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB201606072        http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2016/V32/I9/2159

图1  溶液法(一步法或两步法)制备CH3NH3PbI3钙钛矿的流程图
图2  (a)以TiO2/Al2O3/NiO/carbon (MAPbI3)为框架的电池原理图;(b)装置结构的能带图
图3  (a)位于TiO2介孔之上的CH3NH3SnxPb1-xI3钙钛矿的光学吸收图及(b) CH3NH3SnxPb1-xI3钙钛矿太阳电池结构图46
图4  Sr对CH3NH3PbI3中Pb离子的替换示意图61
图5  钙钛矿(AMX3)晶体结构示意图
图6  两种电池的结构和电流密度-电压(I-V)曲线90
图7  Cs2SnI6基染料敏化太阳电池(DSSCs)的制作工艺图113
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