【優(yōu)秀】鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)與發(fā)展課件

1、【優(yōu)秀】鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)與發(fā)展【優(yōu)秀】鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)與發(fā)展框架引言鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性總結(jié)框架引言引言鈣鈦礦太陽能電池自 年被提出以來取得了迅猛的發(fā)展，其性能甚至超越了其他類型的電池多年的積累。因其有著很好的光吸收特性以與載流子輸運(yùn)特性，同時(shí)又是直接帶隙半導(dǎo)體材料，特別適合于制作太陽能。在 年被Science評(píng)委國際十大科技進(jìn)展之一。截至目前，被認(rèn)證的最高效率已達(dá)到22.1%，未來仍有望突破，逼近SQ理論極限。PPT模板下載：行業(yè)PPT模板：節(jié)日PPT模板：素材下載：PPT背景圖片：圖表下載：優(yōu)秀PP

2、T下載：教程： Word教程： 教程：資料下載：課件下載：范文下載： 下載：教案下載：論壇： 引言鈣鈦礦太陽能電池自 年被提出以來取得了迅猛的發(fā)展，一、鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性索引結(jié)果數(shù)量效率由3.8%至22.1%僅用7年相關(guān)研究成果這三年發(fā)展迅速，被譽(yù)為“光伏領(lǐng)域的新希望”索引詞“organic-inorganic perovskite solar cell”一、鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性索引結(jié)果數(shù)量效率由3.8%至2相變分析容忍因子八面體扭轉(zhuǎn)體積參數(shù)法SPuDS軟件模擬一、鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性鈣鈦礦結(jié)構(gòu)RequirementABX3CH3NH3PbI3離子構(gòu)成A：CH3NH3+，NH=C

3、H3+，位于晶格八個(gè)定點(diǎn)B：Pb2+，Sn2+等金屬離子，位于體心X：鹵素離子占據(jù)面心相變分析一、鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Requir一、鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性元素調(diào)控調(diào)控位置A：膨脹或收縮晶格從而改變帶隙 MA,FA,CsB：Ge,Sn,Pb,Cu等X：比例摻雜Br-I，Cl-Br等一、鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性元素調(diào)控調(diào)控位置一、鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性電池基本結(jié)構(gòu) 需要多孔層厚度500nm形貌穩(wěn)定重復(fù)性好回滯不明顯易漏電開路電壓低 層疊結(jié)構(gòu)厚度400nm制作簡單開路電壓高重復(fù)性較差形貌不穩(wěn)定回滯較明顯介孔結(jié)構(gòu)平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)（p-i-n）鈣鈦礦電池的發(fā)展過程最佳結(jié)構(gòu)一、鈣鈦礦晶體

4、結(jié)構(gòu)和光伏特性電池基本結(jié)構(gòu) 介孔結(jié)構(gòu)平面二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法不同前驅(qū)液配比 PbI2：MAI不同退火溫度常見參數(shù)：溶劑：DMF，GBL，DMSO配比：PbI2：MAI=1：1，PbCl2：MAI=1:3旋涂速度：2000-4500 rpm退火溫度：常溫130C溶液濃度：1M優(yōu)點(diǎn)：操作簡單應(yīng)用廣泛研究成果多不同退火時(shí)長不足：對(duì)條件特別敏感成膜不均勻覆蓋率不高重復(fù)性低二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法不同前驅(qū)液配比二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法溶劑的選擇DMF：形成針狀晶體GBL：形成團(tuán)簇晶體DMF/DMAc混合溶劑GBL/DMSO混合溶劑混合溶劑能

5、夠使鈣鈦礦材料形成中間相，放緩鈣鈦礦的結(jié)晶速度，形成更致密且均勻的鈣鈦礦層二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法溶劑的選擇D二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法添加劑不同量的MACl對(duì)形貌的影響增加MACl就要相應(yīng)的延長退火時(shí)間介孔結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)其它常見添加劑：NH4Cl，二碘代烷，DIO，HBr，水減慢鈣鈦礦結(jié)晶過程，使得原本針狀的聚集的晶體變成了較小的晶體，由此實(shí)現(xiàn)了大覆蓋率0不同量的MACl二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法添加劑不同量二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法快速沉積結(jié)晶法（FDC）FDC傳統(tǒng)方法FDC法：晶粒尺寸明顯增大，表面平整度提高，覆蓋率

6、高將旋涂后仍潮濕的MAPbI3薄膜中立即投入12種不良溶劑，讓DMF迅速被不良溶劑萃取，薄膜中過飽和度迅速升高，成核過程早于晶體生長二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法快速沉積結(jié)晶二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法熱涂附技術(shù)將熱的前驅(qū)體溶液旋涂于并穩(wěn)定保持在180C的基板上，由于基板溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于結(jié)晶溫度，過量的溶液延長了晶體的生長，獲得了晶體尺寸為1-2mm的鈣鈦礦薄膜。器件重復(fù)性高，最高效率達(dá)到18%無回滯現(xiàn)象電荷遷移率大二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法熱涂附技術(shù)將二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制分步液浸法常見參數(shù)：溶劑：DMF，GBL，DMSO溶液濃度：Pb

7、I2(1 M), MAI(5mg/ml)旋涂速度：2000-4500 rpm浸泡時(shí)長：1 min退火溫度：常溫130C優(yōu)點(diǎn)：重復(fù)性好可控性高均一性高形貌易控制不足：不適用平面結(jié)構(gòu)只能制備200 nm 厚的鈣鈦礦平面薄膜異質(zhì)結(jié)電池實(shí)驗(yàn)方法：在多孔層上旋涂PbI2，使其均勻進(jìn)入多孔層，干燥后，在浸泡于MAI溶液中，反應(yīng)約1min，用異丙醇沖洗多余的MAI，退火烘干。二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制分步液浸法常見參數(shù)：優(yōu)點(diǎn)二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制分步液浸法濕潤控制與浸泡溫度退火前，以異丙醇濕潤表面，通過精確控制濕潤步驟和使用較高的浸泡反應(yīng)溫度，加快鈣鈦礦晶體的生長，使鈣鈦礦與空穴傳輸層之

8、間的界面變得粗糙且連續(xù)。濕潤時(shí)長，粗糙度鈣鈦礦與空穴層粗糙的界面加強(qiáng)了光散射實(shí)現(xiàn)了器件在長波范圍的吸收增強(qiáng)，同時(shí)也有利于電荷傳輸。相應(yīng)的電池效率達(dá)到10%以上。二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制分步液浸法濕潤控制與浸二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制分步液浸法2.2.2 多孔碘化鉛在手套箱中氮?dú)夥諊Ｗo(hù)下，常溫?fù)]發(fā)，達(dá)到預(yù)期PbI2的生長時(shí)間后將襯底加熱至70C即可瞬間完全揮發(fā)，以此實(shí)現(xiàn)在平面基底上構(gòu)建出具有多孔結(jié)構(gòu)的PbI2薄膜。多孔結(jié)構(gòu)的存在，MAI溶液可以迅速擴(kuò)散值PbI2薄膜內(nèi)部的各個(gè)空隙。成了互相交錯(cuò)連接的致密晶體薄膜，器件效率得到了顯著提升反復(fù)多次浸泡能進(jìn)一步提升晶體質(zhì)量和顆粒尺寸

9、，并抑制回滯效應(yīng)二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制分步液浸法2.2.2 二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制兩步旋涂法常見參數(shù)：溶劑：DMF，GBL，DMSO，異丙醇溶液濃度：PbI2(1 M), MAI(0.30.6 M)旋涂速度：2000 rpm反應(yīng)時(shí)長：大于30 min退火溫度：大于100C優(yōu)點(diǎn)：精確定量方法適用于平面結(jié)構(gòu)可控性高均一性高形貌易控制不足：退火溫度高反應(yīng)時(shí)間長實(shí)驗(yàn)方法：是分步液浸法的衍生。首先旋涂PbI2薄膜，之后在旋涂適量的MAI溶液于其上層，通過后退火的過程實(shí)現(xiàn)兩層薄膜之間的互相擴(kuò)散和反應(yīng)。二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制兩步旋涂法常見參數(shù)：優(yōu)點(diǎn)二、鈣鈦礦材料的制備方法

10、與形貌控制兩步旋涂法2.3.1 形貌優(yōu)化影響形貌的參數(shù)MAI溶液濃度溶劑退火退火時(shí)長延長退火時(shí)間，晶體尺寸增大在DMF氣氛下退火，表面平整，晶粒尺寸增大MAI溶液濃度MAI溶液變小，晶粒變大二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制兩步旋涂法2.3.1 二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制氣相法（1）優(yōu)點(diǎn)：薄膜非常均勻且平整適用于平面結(jié)構(gòu)可控性高重復(fù)性好不足：需要對(duì)成分精確控制，不易掌握需在真空下進(jìn)行，成本高不利于大面積制備需要長時(shí)間反應(yīng)不適用多孔結(jié)構(gòu)氣相沉積法：用PbCl2和MAI在真空下進(jìn)行混蒸輔助氣相沉積法：先旋涂PbI2薄膜，烘干后，在MAI氣氛下退火12.1%15%二、鈣鈦礦材料的制備方法與形

11、貌控制氣相法（1）優(yōu)點(diǎn)：不足：二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制氣相法（2）分步氣相法（SVD）：將PbCl2蒸鍍成平整的薄膜，再在加熱的襯底上蒸鍍上MAI薄膜閃蒸法（FE）：將鈣鈦礦粉末作為蒸發(fā)源，利用較大的電流，瞬間蒸發(fā)形成薄膜CVD法：將MAI粉末至于高溫段，通過氮?dú)鈿饬?，MAI蒸汽到達(dá)放置了PbI2薄膜的低溫段進(jìn)行反應(yīng)FECVDSVD二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制氣相法（2）分步氣相法（二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制其他方法噴墨打印技術(shù)（IP）3D打印技術(shù)（3DP）超聲噴涂（SP）手術(shù)刀刮涂（BC）3D打印手術(shù)刀刮涂噴涂二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制其他方法噴墨打印技術(shù)（I

12、只能制備200 nm 厚的鈣鈦礦平面薄膜異質(zhì)結(jié)電池二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制分步液浸法一、鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化反型結(jié)構(gòu)PSC鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)以與元素調(diào)控的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性薄膜均一度、重復(fù)性高，可控性好鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)以與元素調(diào)控的GBL/DMSO混合溶劑GBL/DMSO混合溶劑鈣鈦礦太陽能電池（Provskite Solar Cell）鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制因其有著很好的光吸收特性以與載流子輸運(yùn)特性，同時(shí)又是直接帶隙半導(dǎo)體材料，特別適合于制作太陽能。常制備出的器件效率遠(yuǎn)低于使用有機(jī)空穴材料，使其無法完全替代spiro-OMeTAD優(yōu)秀PPT下載

13、：教程：8%，并表現(xiàn)出了很大的穩(wěn)定性DMF/DMAc混合溶劑二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制制備方法比較方法特點(diǎn)一步旋涂法簡便，需要退火對(duì)于成膜條件非常敏感，形貌控制難度極大分步液浸法時(shí)效性高，反應(yīng)迅速薄膜均一度、重復(fù)性高，可控性好兩步旋涂法嚴(yán)格定量的方法，是分步液浸法的衍生法薄膜均一度、重復(fù)性高，可控性好氣相沉積法只適用于平面結(jié)構(gòu)，薄膜均一度非常高高真空耗費(fèi)成本氣相輔助溶液法：要耗費(fèi)長時(shí)間進(jìn)行退火只能制備200 nm 厚的鈣鈦礦平面薄膜異質(zhì)結(jié)電池二、鈣鈦礦三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化介孔結(jié)構(gòu)PSC半導(dǎo)體介孔材料（TiO2）為解決介孔結(jié)構(gòu)上鈣鈦礦負(fù)載量小，表面起伏較大等問題，制作工藝隨之發(fā)

14、展一步法兩步法納米碳管作為介孔材料三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化介孔結(jié)構(gòu)PSC半導(dǎo)體介孔材三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化介孔結(jié)構(gòu)PSC半導(dǎo)體介孔材料（ZnO）通過精確調(diào)控參數(shù)也使得該類型器件效率達(dá)到15.7%不需要經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，工藝簡單可運(yùn)用雨柔性襯底鈣鈦礦形貌柔性電池三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化介孔結(jié)構(gòu)PSC半導(dǎo)體介孔材三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化介孔結(jié)構(gòu)PSC絕緣體介孔材料絕緣體介孔材料僅祈禱骨架輔助成膜作用，不參與載流子輸運(yùn)，在材料選擇上具有很大自由度Al2O3介孔材料ZrO2介孔材料SiO2介孔材料三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化介孔結(jié)構(gòu)PSC絕緣體介孔材三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)

15、化平面結(jié)構(gòu)PSC溶液法一步法兩步法三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化平面結(jié)構(gòu)PSC溶液法一步法需在真空下進(jìn)行，成本高反應(yīng)時(shí)長：大于30 min只能制備200 nm 厚的鈣鈦礦平面薄膜異質(zhì)結(jié)電池一、鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)和光伏特性電池基本結(jié)構(gòu)將熱的前驅(qū)體溶液旋涂于并穩(wěn)定保持在180C的基板上，由于基板溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于結(jié)晶溫度，過量的溶液延長了晶體的生長，獲得了晶體尺寸為1-2mm的鈣鈦礦薄膜。光線入射穿過順序?yàn)镠TM，perovksite，ETM三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化介孔結(jié)構(gòu)PSC絕緣體介孔材料DMF/DMAc混合溶劑平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)（p-i-n）二、鈣鈦礦材料的制備方法與形貌控制一步旋涂法快速沉積結(jié)晶法

16、（FDC）鈣鈦礦電池器件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本結(jié)構(gòu)：中央使用不銹鋼絲最為基底，最外側(cè)采用透明電極材料碳納米管Weiping Wang三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化平面結(jié)構(gòu)PSC氣相法氣相輔助沉積法（12.1%）混合共蒸(15.4%)需在真空下進(jìn)行，成本高三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化平面結(jié)三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化反型結(jié)構(gòu)PSC光線入射穿過順序?yàn)镠TM，perovksite，ETM不需要經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)過程，有利于器件向柔性化，功能化方向發(fā)展氣相輔助法引入石墨烯，提高器件穩(wěn)定性構(gòu)造具有波紋狀微結(jié)構(gòu)的NiO薄膜三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化反型結(jié)構(gòu)PSC光線入射穿過順三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化空穴

17、傳輸層優(yōu)化傳統(tǒng)空穴材料的替代CuICuSCN常制備出的器件效率遠(yuǎn)低于使用有機(jī)空穴材料，使其無法完全替代spiro-OMeTAD三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化空穴傳輸層優(yōu)化傳統(tǒng)空穴材料三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化空穴傳輸層優(yōu)化無空穴層PSC鈣鈦礦材料本身具有電子-空穴雙重傳輸性，且載流子擴(kuò)散距離長，允許不使用空穴材料首次實(shí)現(xiàn)無空穴層制作該太能礦電池，證明該結(jié)構(gòu)的可行性次年該課題組通過參數(shù)控制，將效率提升至10.4%三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化空穴傳輸層優(yōu)化無空穴層PS三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化空穴傳輸層優(yōu)化無空穴層PSC碳電極打印碳電極法碳電極/ZrO2，無空穴層結(jié)構(gòu)下效率達(dá)到6.6%次

18、年，改課題組經(jīng)過一系列的薄膜改善以后，所制備出的電池效率可達(dá)12.8%，并表現(xiàn)出了很大的穩(wěn)定性三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化空穴傳輸層優(yōu)化無空穴層PS三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化纖維型鈣鈦礦太陽能電池優(yōu)點(diǎn)：三維采光柔性好，抗彎折不足：效率低基本結(jié)構(gòu)：中央使用不銹鋼絲最為基底，最外側(cè)采用透明電極材料碳納米管通過溫和的溶液方法，用ZnO陣列取代了TiO2多孔層。提高了鈣鈦礦材料的空隙滲透率，但是電池效率也僅從3.3%提升至3.8%三、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化纖維型鈣鈦礦太陽能電池優(yōu)點(diǎn)：四、鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性穩(wěn)定性材料穩(wěn)定性器件穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性濕度穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化兼顧材料的吸收問題，選擇合適的離子盡量選擇疏水性材料產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)？