• 继续发展
Snaith等人首次将Cl 元素引入钙钛矿中, 并使用Al2O3 替代TiO2, 证明钙钛矿不 仅可作为光吸收层, 还可作为电子传输层。
工作原理、结构和性能
工作原理
三者相互制约、相互 影响。
电池结构
性能及 其作用
工作原理
• 典型钙钛矿太阳能电池工作示意图
工作原理
太阳光照射下 钙钛矿染料敏化层 吸收光子产生 电子-空穴对，并 且脱离束缚形成 自由载流子
机率小，迁移率高
工作原理
电子通过电子传输
层（ETL），最后被 FTO收集；空穴通过空 穴传输层（HTL），最 后被金属电极收集。
最后将FTO与金属电极 连接成电路而产生光
电流。
工作原理
• 钙钛矿太阳能电池电荷传输机制
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
工作原理
钛矿型材料具
有high dual Electron、hole Mobility、large absorp -tion coefficients、favorable band gap、strong defect Tolerance、shallow point Defects、benign
grain boundary recombination Effects等优良性能，载流子复合
钙钛矿太阳能电池文献报告
学生 陈麒
目录
1 发展历史 2 工作原理、结构和性能 3 制备方法及性能稳定性的影响因素 4 缺陷及其未来发展方向
发展历史
• 起始
源于染料敏化太阳能电池，但存在致命的缺陷， 液 态电解质会溶解或者分解钙钛矿敏化材料，使电池失 效。
• 发展
将一种固态的空穴传输材料(spiro-OMeTAD) 引入到钙钛矿太阳电池中，取代液态电解质。
个支撑作用。
• 3）缩短光生电子从钙钛矿体内到n 型半导体间的
迁移距离, 能有效降低复合率。
现不少无空穴传输层的钙钛矿 太阳能电池取得高效率的报道 ，但并没有高效无电子传输层 钙钛矿太阳能电池器件的相关 报道。
性能及其作用
• 空穴传输层（HTL）的性能与作用 • 定义：能够接受带正电荷的空穴载流子并传输的结
性能及其作用
• 新型空穴传输材料（1）
对传统的spiro-OMeTAD材料进行掺杂，
如掺杂Li-TFSI和TBP。
联噻吩将四个三苯胺单元相连合成
了KTM3. KTM3，并掺杂钴化合物
其他三苯胺类小分子空穴 传输材料：
以三苯胺作为核心结构单 元。
三苯胺衍生物(H101)
以三蝶烯为核的三苯胺空穴传输材 ,T101、T102、T103
构。
HTL需要满足的 条件
HOMO 能级要高于钙钛矿材料的价带最大值, 以便于将空穴从钙钛矿层传输到金属电极。
具有较高的电导率, 这样可以减小串联电阻及 提高FF
HTM 层和钙钛矿层需紧密接触
性能及其作用
• 常见的空穴传输层材料
有机小分子空穴传输材 料
小分子空穴传输层材料具有良好的流动 性，能更好地填充介孔骨架，最常见的是 Spiro-OMeTAD及其改性材料。，进行一系列 掺杂。
复合材料
通过绝缘材料框架与TiO2构成复合材料 如TiO2/AI2O3。
石墨烯/TiO2 纳米颗粒复合材料，并掺 杂其他元素，如钇。
性能及其作用
• 电子传输层作用 • 1）促使光生电子空穴对分离，提高电荷分离及传
输效率，避免电荷积累对器件寿命的影响。
• 2）电子传输材料经常被用于形成介观框架，起一
子势的半导体材料，即n 型半导体。又可以细分为 有机半导体与无机半导体。
• 3）电子传输原理：内建电场驱动的定向漂移与晶
格的热振动造成的散射作用的共同作用。
• 4）影响电子传输效率的因素：半导体材料的能隙
、缺陷和杂质等。
性能及其作用
• 常见的电子传输层材料
TiO2
金属氧化物
ZnO
WO3等 有机小分子 富勒烯及其衍生物
含氮聚合物空穴传输材料
性能及其作用
• 空穴传输层（HTL）的作用 • 1）促使电子和空穴在功能层界面分离, 减少电荷
复合,同时有利于空穴传输, 提高电池性能。
• 2）空穴传输材料具有稳定的热力学和光学性质会
有助于提高电池的稳定性。
• 3）对于介观敏化结构的钙钛矿电池, 空穴传输材
料还应该能够有效填充到介孔相以提高器件效率。
其他有机小分子HTM，如2TAP-n-DP， Fused-F，T102，T103等
聚合物空穴传输层材料
如PEDOT:PSS，P3HT，PTAA等
无机空穴传输层 无空穴传输层
如CuSCN、CuI、NiO等
有机无机复合钙钛矿材料本身具有ｐ－ 、 ｎ－双极性，电子、空穴传导能力都很强， 因此其自身即可以作为空穴传输。
、TiO2 致密层、TiO2 介孔层、钙钛矿层、HTM 层 、金属电极.
• 第一类：介孔结构（图a）、介观超结构（图b）
图a
图b
电池结构
• 第二类：平板型异质结结构（平面结构），又可以
细分为正置结构（regular planar structure）如 图b，和倒置结构（inverted planar structure） 如图c。
图（b）n- i- p 结构
图（c）p- i -n结构
电池结构
• 第三类：无HTM（空穴传输层）结构，如图a。 • 第四类：有机结构，如图b。
图a
图b
性能及其作用
• 电子传输层（ETL)的性能与作用 • 1）定义：能接受带负电荷的电子载流子并传输电
子载流子的结构。
• 2）电子传输材料：通常具有较高电子亲和能和离
OMeTAD/Perovskite 两异质结处同时分离, 去向 有：
（1）电子注入到TiO2（ETL)
（2）空穴注入到HTL （3）光致发光现象
（4）电子与空穴的复合
（5）、（6）电子和空穴的反向传输
（7）TiO2/HTM 界面处的载流子复合
电池结构
• 常见的钙钛矿太阳能电池结构：包括FTO 导电玻璃
以平面胺基和三苯胺为核心的两种 三苯胺衍生物，OMeTPA-FA 和 OMeTPA-TPA
PNBA
非三苯胺类含氮小 分子空穴传输材料
DEH
N, N-二对甲氧基苯基胺取代的 芘衍生物(Py-A, Py-B, Py-C),
性能及其作用
• 新型空穴传输材料（2）
含硫基团小分子空穴传输材料
含硫聚合物空穴传输材料