图3.10 （a） FTO/SnS2 纳米片的XRD衍射图谱（b） SnS2纳米片的XPS光谱（c）和（d）分别为Sn3d和 S2p的高分辨的XPS
19
3.2.5 透射和UPS光谱表征
图3.11 (a)SnS2薄膜的透射光谱图和（b）Tauc曲线 图4.8 (a) SnS2薄膜的紫外光电子能 谱图（b）价带能谱（c）截止能带图
3.1 双透光钙钛矿太阳能电池的制备
8
3.1.1 双透光 钙钛矿太阳能电池制备
1. FTO导电层的刻蚀
2. TiO2致密层/多孔层的制备
3. 钙钛矿层的制备
活性区域
电池截面示意图
5. 蒸镀超薄Au电极
4. 空穴传输层的制备
图3.1 钙钛矿太阳能电池的制备流程
9
3.1.2 双透光太阳能电池的结构图
方式灵活
➢第一代：硅太阳能电池
原材料要求高
➢第二代： 多元化合物太阳能电池
元素资源短缺
CIGS, CdTe……
生产工艺复杂
➢第三代： 有机薄膜太阳能电池
生产过程耗能
染料敏化太阳能电池；聚合物太阳能电池；钙钛矿太阳能电池
材料资源丰富
生产工艺简单
生产成本低廉
环境绿色友好
理论光电转换效率高
3
1. 研究背景
(c)
80 nm
(d)
100 nm
(e)
(f)
115 nm
图3.14 反应不同的时间生成的SnS2薄膜的截面电镜图(a)4 h(b)5 h(c)5.5 h(d)6 h(e)7 h
23
3.2.9 器件效率阻抗测试表征
图3.15 （a）以不同反应时间条件下制备的SnS2薄膜组装的钙钛矿太阳能电池J-V曲线（b） SnS2电子传输层上涂覆的钙钛矿PL光谱（c）和（d）钙钛矿太阳能电池的奈奎斯特图
制作成本低
图1.1 几种太阳能电池PCE提升情况
简单的液相反应和旋涂法制得， 成本低廉制作简单。
电子元件与材料, 2014, 33:7-11.
4
1. 研究背景
图1.2
A：有机阳离子，如：CH3NH3+或HC=(NH2)2+ M：金属阳离子，常见的有Pb2+、Sn2+等
X：卤族元素，（Cl、Br、I）
高效钙钛矿太阳能电池的制备与研究
Preparation and Research of High-Performance Perovskite SolarБайду номын сангаасCells
1
主要内容
1
研究背景
2 选题依据和创新点
3
研究内容
4
结论
2
1. 研究背景
化石能源
太阳能
太阳能电池
能源危机
清洁能源
光电转换
环境污染
取之不尽
图3.2（a）双透光钙钛矿太阳能电池示意图（b）电池截面电镜图
10
3.1.3 薄金电极的优化选择
可以看出，Au形成了许
多分离的金属岛，但是
相互分离得Au金属岛不
一定表明Au电极品质不
√
好，相反，金属岛之间
的裂纹能够允许更多的
光透过Au层照射到下面
的钙钛矿吸光层，这也
是超薄Au电极可以透光
的原因。
图3.3（a）不同厚度金电极透光率（b）不同厚度金电极方块电阻（金侧）
通过UPS测试来获得相对准确的的能带位置，结果如图所示。通过计算功函为
4.89eV（21.22-16.33）。该扩增的价态光谱示于左侧，显示为1.58 eV。由此计算
SnS2的价带为6.47 eV。
20
3.2.6 钙钛矿器件的截面电镜和能带图
-4.89
图3.12 (a)基于SnS2电子传输层的钙钛矿太阳能电池器件的截面电镜图（b）钙钛 矿太阳能电池的能级匹配图
SnO2 + 2H2S → SnS2 + 2H2O
（6）
A facile, relative green, and inexpensive synthetic approach toward large-scale production
of SnS2 nanoplates for high-performance lithium-ion batteries
（c）不同厚度金电极的电池I-V曲线（d）金电极的平面电镜（插图为截面 电镜）
11
3.1.4 电池外量子效率测试
图3.4（a）电池单面照射I-V曲线（b）电池单面照射EQE曲线 从FTO一侧受光时，电池效率达到10.2%，从背面照光时，电池效率为7.7%。 外量子效率测试得到的积分电流分别为17.5 mA/cm2 和14 mA/cm2 与I-V曲线测试 结果一致。
空穴传输层：Spiro-MeOTAD/PEDOT 钙钛矿层：MAPbI3
电子传输层：TiO2——SnS2
透明光阳极：FTO/ITO
图2.1 钙钛矿太阳能电池结构示意图 6
2. 选题依据和创新点
➢ 通过采用薄金电极成功制备出双透光太阳能电 池，增加了对环境光的利用，并能降低器件制 造成本。
➢ 采用水热法在低温条件下合成SnS2纳米片作电 子传输层，降低了实验要求，并为其他可以低 温合成的过渡金属硫化物作为电子传输层开辟 新的机会。
0.63±0.02
5.08±0.73 14
3.2 基于SnS2电子传输层的钙钛矿太 阳能电池的制备
15
3.2.1 SnS2纳米材料的制备过程
试剂和用量
Table. Reagents and dosage
原料
用量
SnCl4·5H2O CH3CSNH2
H2O
5 mmol 15 mmol 10 mL
溶剂 热法
通过调整钙钛矿太阳能电池 放置的角度，放置角度主要影响 电池的短路电流，在角度从0°45°变化时，电池效率逐渐增加， 45°- 90°变化时，电池效率迅速 减小，在45°放置时效率达到最 大。
Α
Voc
Jsc
FF
PCE
[°]
[V]
[mA/cm2]
[%]
[%]
0
0.98±0.03
17.95±1.56
0.61±0.06
元素面扫描(c)S元素面扫描(d)Sn元素面扫描
5
3.2.4 XRD和XPS光谱表征
XPS光谱显示合成的SnS2纳米片由 Sn和S元素组成，图中观察到的两 个强峰位置分别位于486.2和494.6 eV，这归因于Sn3d5/2和Sn3d3/2。图 c 中 高 分 辨 率 S2p 核 级 谱 显 示 的 161.1 和 162.5 eV 的 结 合 能 对 应 于 S2p3/2和S 2p1/2。这表明Sn3d和S2p 的结合能光谱符合SnS2的Sn4+和S2-。
传输电子 阻挡空穴
Crystengcomm, 2010, 12: 2646-2662.
吸收太阳光 产生光生载流子
传输空穴 阻挡电子
导电
5
2. 选题依据和创新点
金属电极：Al/Ag/Au
• Ag电极：易与钙钛矿材料中的卤素反应 • Al电极：易被空气氧化
• Au电极：导电性好，不与卤素反应，不易氧化，但成本高
反应后期效率下降，主要是因为FTO表面上的SnS2纳米片厚度过大并开始
聚集，从而影响了电子传输层表面的均匀度，也不利于电子的传输，另一方面，
粗糙的表面也会增加器件的电阻，使得电子空穴复合更为严重。
24
3.2.10 最优器件性能表征
80%以上的器件都能够产生 超过11%的光电转化效率， 说明器件的重现性良好。 图3.16 （a）最佳电池的J-V曲线（b）外量子效率曲线（c）电流和效率的稳定性测试（偏 压设置0.68 V）（d）20块钙钛矿太阳能电池的效率直方分布图
21
3.2.7 反应时间对材料形貌的影响
图3.13 FTO基底上反应不同时间所对应的SnS2纳米材料的表面电镜图（a） 0 h（b）1 h（c）2 h（d）3 h（e）4 h（f）5 h（g）5.5 h（h）6 h（i）7 h 22
3.2.8 反应时间对厚度的影响
(a)
45 nm
(b)
70 nm
纳米SnS2材料 结构调控 性能优化
2
采 用 简 单 的 低 温 溶 液 法 在 FTO 的 表 面 成 功 制 备 出 了 晶 态 的 SnS2薄膜，发现制备出的SnS2纳米片结晶性较好，直径在50-60 nm之间，厚度在10 nm左右，并以此作为钙钛矿太阳能电池的 电子传输层，并考察了反应时间对纳米材料的形貌、厚度及器 件光电转化效率的影响最终获得了13.63%的器件效率。
25
4 结论
双透光钙钛矿 太阳能电池的制备
1
通过严格控制金属电极的蒸镀条件来调控钙钛矿金属电
极的厚度实现双透光钙钛矿太阳能电池的制备，并进行了一 系列的表征。结果表明，当对电极为10 nm时，器件效率最高。 另外，我们也考察了光强度和放置角度对器件的影响，通过 优化工艺条件，增加对环境光的利用，最终实现在降低生产 成本的同时提高效率。
10.78±0.81
30
1.00±0.03
18.81±2.16
0.60±0.03
11.31±0.58
45
1.00±0.02
19.43±1.76
0.60±0.02
11.69±0.56
60
0.98±0.04
17.19±1.53
0.62±0.03
10.42±0.87
90
0.91±0.02
8.90±1.23
SnCl4·5H2O → Sn4+ + 4Cl− + 5H2O
（1）
CH3CSNH2 + 2H2O → CH3COONH4 + H2S （2）