鈣鈦礦電池sem圖片

1、鈣鈦礦太陽能電池中電子為什麼按一定方向傳輸

鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells），是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，即是將染料敏化太陽能電池中的染料作了相應的替換。在這種鈣鈦礦結構中，A一般為甲胺基；B多為金屬Pb原子，金屬Sn也有少量報道；X為Cl、Br、I等鹵素單原子或混合原子。目前在高效鈣鈦礦型太陽能電池中，最常見的鈣鈦礦材料是碘化鉛甲胺，它的帶隙約為1.5 eV。
在接受太陽光照射時，鈣鈦礦層首先吸收光子產生電子-空穴對。由於鈣鈦礦材激子束縛能的差異，這些載流子或者成為自由載流子，或者形成激子。而且，因為這些鈣鈦礦材料往往具有較低的載流子復合幾率和較高的載流子遷移率，所以載流子的擴散距離和壽命較長。這就是鈣鈦礦太陽能電池優異性能的來源。
然後，這些未復合的電子和空穴分別別電子傳輸層和空穴傳輸層收集，即電子從鈣鈦礦層傳輸到電子傳輸層，最後被FTO收集；空穴從鈣鈦礦層傳輸到空穴傳輸層，最後被金屬電極收集。當然，這些過程中總不免伴隨著一些使載流子的損失，如電子傳輸層的電子與鈣鈦礦層空穴的可逆復合、電子傳輸層的電子與空穴傳輸層的空穴的復合（鈣鈦礦層不緻密的情況）、鈣鈦礦層的電子與空穴傳輸層的空穴的復合。要提高電池的整體性能，這些載流子的損失應該降到最低。
最後，通過連接FTO和金屬電極的電路而產生光電流。

2、鈣鈦礦太陽能電池的介紹

鈣鈦礦太來陽能電池，源科學家們在最新研究中發現，一種鈣鈦礦結構的有機太陽能電池的轉化效率或可高達50%，為目前市場上太陽能電池轉化效率的2倍，能大幅降低太陽能電池的使用成本。相關研究發表在最新一期的《自然》雜志上。

3、鈣鈦礦型太陽能電池是什麼原理

高效鈣鈦礦太陽能電池中,最常用的吸光材料是CH3NH3PbI3,其帶隙約為1.5eV[20],能充分吸收400~800nm的可見光,比釕吡啶配合物N719高出一個數量級。CH3NH3PbI3吸光材料有很好的電子傳輸能力,並具有較少的表面態和中間帶缺陷,有利於光伏器件獲得較大的開路電壓,是鈣鈦礦太陽能電池能夠實現高效率光電轉化的原因。目前常用的空穴傳輸材料(Holetransportmaterial,HTM)有spiro-MeOTAD、P3HT(聚3-己基噻吩)、CuI和CuSCN等。韓國Noh研究團隊[44]以PTAA作為HTM,所制備的太陽能電池最高光電轉換效率為12%。Giacomo等[24]分別以P3HT和Spiro-OMeTAD作為HTM制備鈣鈦礦太陽能電池,對比發現兩者光電轉換效率十分相近,但引入P3HT的器件開路電壓(Voc)達到0.93V,高於引入Spiro-OMeTAD器件的開路電壓(Voc=0.84V)。在引入空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池中,對空穴傳輸層的厚度有較高的要求。例如spiro-OMeTAD層應較薄,以使空穴從spiro-OMeTAD中傳輸到對電極的阻力最小化,而典型鈣鈦礦吸光材料的電導率一般在10-3S/cm數量級,為了防止鈣鈦礦吸光膜層和對電極中發生電流短路現象,spiro-OMeTAD厚度又應適當增加。鑒於以上原因,空穴傳輸膜層的厚度必須通過不斷的實驗探索才能達到最優化。另外,還可通過採用滲透性更好的空穴傳輸材料來獲得更高的填充系數和光電轉換效率。針對目前常用的空穴傳輸材料spiro-OMeTAD合成路線復雜、價格昂貴等問題,科研人員研製了一系列易於合成且成本低廉的小分子作為空穴傳輸材料。Christians和Qin等[45,46]分別以CuI和CuSCN作為空穴傳輸材料,實驗結果表明CuI的導電性比spiro-OMeTAD好,可以有效改善器件的填充因子,獲得6%的光電轉換效率;而CuSCN中空穴傳輸速率為0.01~0.1cm2·V/s,遠高於spiro-OMeTAD中空穴傳輸速率,使得器件短路電流大大增加,光電轉換效率為12.4%。這些新型無機空穴傳輸材料在未來大規模研究和應用中,有望作為spiro-OMeTAD的替代品降低電池的原料成本。最近Fang等[47]採用紫外臭氧表面處理和氯元素界面鈍化兩個關鍵技術,首次在一種結構為FTO/CH3NH3PbI3-xClx/Spiro-OMeTAD/Au無空穴阻擋層的鈣鈦礦太陽能電池上取得了1.06V的開路電壓和14%的光電轉化效率。

4、一步法做鈣鈦礦太陽能電池，求助，結晶是這樣的嗎

高效鈣鈦礦太陽能電池中, 最常用的吸光材料是CH3NH3PbI3, 其帶隙約為1.5 eV[20], 能充分吸收400~800 nm的可見光, 比釕吡啶配合物N719高出一個數量級。CH3NH3PbI3吸光材料有很好的電子傳輸能力, 並具有較少的表面態和中間帶缺陷, 有利於光伏器件獲得較大的開路電壓, 是鈣鈦礦太陽能電池能夠實現高效率光電轉化的原因。
目前常用的空穴傳輸材料(Hole transport material, HTM)有spiro-MeOTAD、P3HT(聚3-己基噻吩)、CuI和CuSCN等。韓國Noh研究團隊[44]以PTAA作為HTM, 所制備的太陽能電池最高光電轉換效率為12%。Giacomo等[24]分別以P3HT和Spiro- OMeTAD作為HTM制備鈣鈦礦太陽能電池, 對比發現兩者光電轉換效率十分相近, 但引入P3HT的器件開路電壓(Voc)達到0.93 V, 高於引入Spiro- OMeTAD器件的開路電壓(Voc= 0.84 V)。
在引入空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池中, 對空穴傳輸層的厚度有較高的要求。例如spiro- OMeTAD層應較薄, 以使空穴從spiro-OMeTAD中傳輸到對電極的阻力最小化, 而典型鈣鈦礦吸光材料的電導率一般在10-3S/cm數量級, 為了防止鈣鈦礦吸光膜層和對電極中發生電流短路現象, spiro- OMeTAD厚度又應適當增加。鑒於以上原因, 空穴傳輸膜層的厚度必須通過不斷的實驗探索才能達到最優化。另外, 還可通過採用滲透性更好的空穴傳輸材料來獲得更高的填充系數和光電轉換效率。
針對目前常用的空穴傳輸材料spiro-OMeTAD合成路線復雜、價格昂貴等問題, 科研人員研製了一系列易於合成且成本低廉的小分子作為空穴傳輸材料。Christians和Qin等[45, 46]分別以CuI和CuSCN作為空穴傳輸材料, 實驗結果表明CuI的導電性比spiro-OMeTAD好, 可以有效改善器件的填充因子, 獲得6%的光電轉換效率; 而CuSCN中空穴傳輸速率為0.01~0.1 cm2· V/s, 遠高於spiro-OMeTAD中空穴傳輸速率, 使得器件短路電流大大增加, 光電轉換效率為12.4%。這些新型無機空穴傳輸材料在未來大規模研究和應用中, 有望作為spiro-OMeTAD的替代品降低電池的原料成本。
最近Fang等[47]採用紫外臭氧表面處理和氯元素界面鈍化兩個關鍵技術, 首次在一種結構為FTO/CH3NH3PbI3-xClx /Spiro-OMe TAD/Au無空穴阻擋層的鈣鈦礦太陽能電池上取得了1.06 V的開路電壓和14%的光電轉化效率。

5、測鈣鈦礦太陽能電池時 正負極怎麼接

通常而言，Au電極接正極，FTO接負極。
對於Inversed PVK cell，則是ITO接正極，金屬電極接負極。

6、鈣鈦礦電池中怎麼測量電化學阻抗譜

直接測就行，工作電極接電池正極，對電極和參比電極接電池負極

7、鈣鈦礦太陽能電池韓宏偉和韓禮元哪個有名

各有優勢吧來！
韓禮元資歷自老，之前在染料敏化太陽能電池領域已經有很多研究成果（文章很多而且質量不低），所以轉做鈣鈦礦很容易上手。
韓宏偉比較年輕，但是由於和Gratzel大神（包括韓國的Park、西班牙的Bisquert等）有密切的合作關系，所以平台更高，前段時間發了篇大面積制備的Science文章。
總的來看，韓宏偉更有潛力吧

8、鈣鈦礦電池中htm tco什麼意思

HTM：hole transport materials，空穴傳輸材料（如spiro-OMeTAD等）
TCO：transparent conctive oxide，透明導電氧化物（回如FTO玻璃等答）

9、用反溶劑法塗鈣鈦礦膜為什麼表面發白，結不了晶？

鈣鈦礦太陽能電池是目前光伏及材料研究領域的寵兒。從最開始的比拼光電轉換效率，到優化材料配方和形貌，到對更深層次的機理研究，幾乎每月都有Nature 或Science 出現，大家已經習以為常。研究的熱度高，也代表著競爭激烈，有人戲稱現在能想到的常規及非常規idea和套路幾乎都被做完了。

那麼是否還有機會發頂級文章呢？當然有，前提是腦洞夠大、眼光夠「毒」。

今天介紹的Nature文章，來自光伏領域的大佬——瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）Michael Grätzel教授的研究團隊，他們研究了光照對金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜形成的影響。這個切入點看似稀鬆平常，可以說該領域的研究者幾乎人人都會遇到，但貌似只有他們注意到並進行了深入研究。

Amita Ummadisingu（本文一作，左）和Michael Grätzel教授（右）。圖片來源：EPFL

在金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池中，鈣鈦礦薄膜的質量會直接影響到器件的性能，優化鈣鈦礦薄膜的形貌顯得非常重要。為了提高鈣鈦礦太陽能電池的性能，科學家們已經開發了許多器件結構及制備工藝，其中包括一步沉積法、順序沉積法、反溶劑（anti-solvent）法。早期的研究已經發現制備鈣鈦礦的反應條件會對薄膜質量產生影響，比如反應物濃度以及反應溫度。但是，科學家們對控制薄膜質量的精確反應機理以及主要因素的理解還稱不上透徹。近日，Michael Grätzel教授研究團隊以「光照」為切入點，利用共聚焦激光掃描熒光顯微鏡（CLSM）以及掃描電子顯微鏡（SEM）研究了兩種常用的鈣鈦礦制備方法：順序沉積法和反溶劑法，展示了光照對於鈣鈦礦生長速率以及薄膜形貌的影響，並對背後的機理進行了深入的研究。

工作介紹視頻。視頻來源：EPFL

首先，作者研究了光照對於順序沉積法中鈣鈦礦形成的影響。在黑暗及光照條件下中，碘化鉛（PbI2）沉積在介孔TiO2上，之後浸入甲基碘化銨（CH3NH3I，MAI）溶液中反應形成甲胺鉛碘鈣鈦礦（CH3NH3PbI3）。在黑暗條件下，剛剛旋塗的PbI2薄膜沒有展現出明顯的結晶特點（圖1a）。已有研究表明，結晶的金屬鹵化物與無定形組分相比，會展現出更強的發光。在浸入MAI溶液6秒後，就能看到明顯的PbI2發光點（圖1b，用綠色表示），結合SEM圖像，可以證明已經形成了PbI2晶體。當浸漬時間增加到8秒時，他們在結晶PbI2簇的中央位置檢測到了少量的鈣鈦礦（圖1c，用紅色表示），這表明在PbI2結晶之後MAI進入PbI2晶體開始反應生成鈣鈦礦。隨後的結構識別發現了PbI2–鈣鈦礦混合晶體，這種之前並未見諸報道的現象也證明了PbI2結晶要早於鈣鈦礦形成。隨著浸漬時間的延長，這種插入反應更加明顯（圖1d/1e）。而在1 Sun光照下，整個反應過程出現了兩個明顯的差異：光照下鈣鈦礦的形成更快，形成的晶體更小更多（圖1f-1i）。作者還設計實驗排除了伴隨光照的加熱效應對反應的影響，確認上述現象的誘因只有光照。

圖1. 順序沉積法，黑暗及1 Sun光照下制備甲胺鉛碘鈣鈦礦的CLSM及SEM圖像（內嵌）。圖片來源：Nature

黑暗條件下，隨著浸漬時間的延長，晶體的數量並沒有隨之增加（圖1b-1d），這說明晶體成核在最初浸入MAI溶液的幾秒內就已經完成，而且隨後不會有新核產生。接下來，作者對不同光強下的成核進行了研究。浸漬25秒的樣品，黑暗下、0.001 Sun、0.01 Sun、0.1 Sun以及1 Sun下的SEM圖片（圖2a）表明，盡管在黑暗條件下成核密度很低，但是一經光照，成核密度會呈指數型增加，證實了存在光誘導成核的現象。隨後作者繼續深入研究了光照影響PbI2膜成核過程的機理，在此不再贅述。

圖2. 不同光照下的成核研究。圖片來源：Nature

現在已經確定，順序沉積法中進行光照能夠讓鈣鈦礦形成更快而且晶體更小更多，這對太陽能電池來說是好是壞呢？作者們在黑暗條件以及1 Sun條件下制備了光伏器件，黑暗條件下的器件平均光電轉換效率（PCE）為5.9%，而1 Sun條件下的平均PCE為12.4%（最高可達13.7%），是黑暗條件下的兩倍多。究其原因，可能是因為更小的晶體帶來了更好、更均勻的表面覆蓋，使得對入射光的吸收更佳，光電流密度更高。

研究完順序沉積法，作者們繼續研究另一種常用方法反溶劑法。該方法中，混合前體溶液（含金屬和有機鹵化物）被旋塗於基底上，隨即滴加反溶劑（鈣鈦礦在該溶劑中不溶解）幫助鈣鈦礦形成，最後加熱形成產品。有意思的是，光照在此種方法中起到的作用與在順序沉積法中的正好相反，黑暗條件下用反溶劑法制備的CH3NH3PbI3太陽能電池平均PCE為16.9%（最高可達18.4%），高於1 Sun條件下的平均PCE 13.9%。作者們分析了原因，反溶劑法中，與黑暗條件相比光照下形成的鈣鈦礦晶體更小數量更多（圖3），這與順序沉積法類似。但是，由於黑暗與光照條件下反溶劑法制備的鈣鈦礦薄膜的表面覆蓋都很好，而光照條件下形成的更多晶體在薄膜中引入了更多的晶界，這損害了太陽能電池的性能。

圖3. 反溶劑法中黑暗及光照條件下的鈣鈦礦薄膜。圖片來源：Nature

總而言之，作者通過實驗證實黑暗條件對於反溶劑法制備鈣鈦礦薄膜是有利的，然而對於順序沉積法來說情況相反，有利的條件變成了光照。這個結論看似簡單但卻非常重要，再結合對現象背後機理的深入研究，對於控制鈣鈦礦薄膜的形貌以及高質量鈣鈦礦太陽能電池的大規模生產都具有指導意義。

10、鈣鈦礦太陽能電池穩態pce是什麼意思 怎麼測出來的？

即是將染料敏化太陽能電池中的染料作了相應的替換。目前在高效鈣版鈦礦型太陽能電池中，是利用權鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells），最常見的鈣鈦礦材料是碘化鉛甲胺