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钙钛矿太阳能电池制作过程(图)ppt课件

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钙钛矿太阳能电池课件PPT

钙钛矿太阳能电池课件PPT
Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition
Nature 501, 395 (202X) 英国牛津大学Henry Snaith小 组，15.4%
Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells
染料敏化电池的研发方向和内容
光阳极膜性能的提高。制备电子传导率高、抑制电荷 复合的高性能多孔半导体膜，并优化膜的性能；改进 制膜的方法，使其工艺更简单、成本更低；寻找其它 可代替TiO2 的氧化物半导体。
染料敏化效果的提高。设计、合成高性能的染料分子， 并改善分子结构，提高电荷分离效率，使染料具有更 优异的吸收性能和光谱吸收范围；充分利用多种染料 的特征吸收光谱的不同，研究染料的协同敏化，拓宽 染料对太阳光的吸收光谱。
光敏层，即钙钛矿光吸收层，接受光照激发产生光电 子，注入到多孔半导体层。后来的研究发现，该光敏 层同时具有电子传输功能。
空穴传输材料，捕获空穴，代替传统染料敏化电池中 的电解液，对于制造全固态敏化电池是一个大的突破。
金属电极，即背电极，在染料敏化电池结构中相当于 对电极。
Michael Gratzel小组的最新成果
钙钛矿太阳能电池
《科学》杂志评选202X年度十大科学突 破，第3项。钙钛矿型太阳能电池: 一种 新时代的太阳能电池材料在过去的这一 年中获得了大量的关注，它们比那些传 统的硅电池要更便宜且更容易生产。钙 钛矿电池还没有像商用太阳能电池那样 有效，但它们正在快速不断地得到改善。
美国宾州大学的Andrew Rappe研究组，将钙 钛矿结构的铁电晶体用于光伏转换，提高光吸 收效率，号称转换效率可达50%以上。目前只 是材料和结构的设想，尚未制作出实际器件。

钙钛矿太阳能电池PPT课件

钙钛矿太阳能电池PPT课件
Perovskite oxides for visible-light-absorbing ferroelectric and photovoltaic materials
Nature 503, 509 (2013)
以钙钛矿结构的CH3NH3PbX3（X=I，Br，Cl）作为光 吸收层的敏化电池，实验室报道效率已超过15%。
染料敏化电池，dye sensitized solar cell， 简பைடு நூலகம்DSSC
当太阳光照射在染料敏化太 阳能电池上，染料分子中基 态电子被激发，激发态染料 分子将电子注入到纳米多孔 半导体的导带中，注入到导 带中的电子迅速富集到导电 玻璃面上，传向外电路，并 最终回到对电极上。而由于染料的氧化还原电位高于氧 化还原电解质电对的电位，这时处于氧化态的染料分子 随即被还原态的电解质还原。然后氧化态的电解质扩散 到对电极上得到电子再生，如此循环，即产生电流。
钙钛矿太阳能电池
《科学》杂志评选2013年度十大科学突 破，第3项。钙钛矿型太阳能电池: 一种 新时代的太阳能电池材料在过去的这一 年中获得了大量的关注，它们比那些传 统的硅电池要更便宜且更容易生产。钙 钛矿电池还没有像商用太阳能电池那样 有效，但它们正在快速不断地得到改善。
美国宾州大学的Andrew Rappe研究组，将钙 钛矿结构的铁电晶体用于光伏转换，提高光吸 收效率，号称转换效率可达50%以上。目前只 是材料和结构的设想，尚未制作出实际器件。
Efficient planar heterojunction perovskite solar cells by vapour deposition
Nature 501, 395 (2013) 英国牛津大学Henry Snaith小 组，15.4%

钙钛矿ppt

钙钛矿ppt
1、单一化运输 2、光吸收能力基本不变情况下， 材料所需厚度减小 3、三组分材料，无限的操作空间， 结构无限可能
FIVE 市场化问题
1、没有严格的器件性能评估方法。 2、 电池效率的可重现性差。 3、 材料对空气和水的耐受性以提高器件的稳定性差。 4、 电池材料有毒。 5、 无法大规模生产。
钙钛矿矿物就是Байду номын сангаасBNNO（或Ba，Ni共改性
金属电极 HTM
钙钛矿光敏层 ETM FTO 玻璃
FOUR 光转化为电能
激子生成示意图
太阳光入射到电池吸收层后随即被吸收， 光子的能量将原来束缚在原子核周围的电 子激发，使其形成自由电子。 由于物质整体上必须保持电中性，电子被 激发后就会同时产生一个额外的带正电的 对应物，物理学上将其叫做空穴。这样的 一个“电子--空穴对”就是科学家们常说 的“激子”。
光阳极：FT0和|T0导电玻璃 电子传输层(ETL)：接收带负电荷的电子载流子并且传输电子载流子的 材料，n型半导体。作用：促进光生电子-空穴对分离，提高电荷传输 效率。实验中背电极(Ag电极)一般用Ti02，但Ti02吸收紫外光产生光生 空穴影响钙钛矿太阳能电池的稳定性，所以空穴传输层用ZnO， Al2O3,Wo3，Zr0代替 光吸收层：钙钛矿层，收太阳光产生电子光阳极(FTO/To)空穴对，从 而高效的传输电子和空穴； 玻璃空穴传输层(HTL)：传输空穴；作用：促进电子和空穴在界面处的 分离，减钙钛矿太阳能电池的结构少复合，提高电池性能。实验中都 是spiro- OMe TAD，然而 spIro- OMe TAD的价格P型半导体昂贵、制备 工艺复杂，不利于大面积投入钙钛矿层到生产中，所以用P3HT， PCBM等有机物代替 背阴极：Au或Ag
的KNbO 3纳米晶体）越来越普及的电子设备，如手机和笔

钙钛矿太阳电池综述PPT演示课件

钙钛矿太阳电池综述PPT演示课件
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四、制备无铅钙钛矿材料
现在的有机金属卤化物钙钛矿材料含有铅元素, 在国际许多地方已被列为禁止使 用的材料, 如何通过金属元素替代的方法找到同等或更高转换效率的无铅钙钛矿 吸收材料依然是一个挑战。
17
五、氧化物钙钛矿太阳能材料
除了有机/无机复合钙钛矿材料以外, 具备高吸光性能的氧化物钙钛矿材料也引起 了大量的关注：
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十、极限转换效率
我们还关心的是这种全固态钙钛矿太阳能电池的极限转换效率到底是多少, 它能 否达到单结太阳能电池的Schockley-Quisser理论极限, 以及通过元素替代制备出 具有梯度能带的叠层结构, 我们能否以较低成本获得像半导体多结太阳能电池 (Ge/InGaP/InGaAs)器件那样高达40%的转换效率。
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具体表征手段
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SEM（扫描电子显微镜）
使用SEM来观察器件的结构和成分与质量鉴定。
Zahner IM6e电化学工作站
使用该仪器来测量太阳能电池的参数，如短路电流、开路电压、填充因子和最 大转化效率等。
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总结
基于钙钛矿的太阳能电池已经在光伏领域掀起了一场以高效低成本器件为目标的 新革命，UCLA的 Yang Yang 教授甚至把它称为新一代太阳能电池。因此, 由近一 年钙钛矿的迅猛发展速度可以预测, 随着相关研究组的不断努力, 我们完全有理 由相信, 综合利用结构工程、材料工程、界面工程、能带工程和入射光管理工程, 有可能通过低成本的制备工艺大规模生产出转换效率极高的绿色、高效钙钛矿基 太阳能新能源, 真正成为新一代的低成本、绿色能源产业的主流产品。
7
迅速发展
到2011年，研究者将实验方案进行了改进与优化，制备的CH3NH3PbI3量子点达到 2~3mm，电池效率增加了一倍达到6.54%

钙钛矿太阳电池PPT物理模型

钙钛矿太阳电池PPT物理模型

在考虑光子循环效应的情况下，利 用平衡模型预测了碘化铅甲基铵 (CH3NH3PbI3)钙钛矿太阳能电池 的效率极限。在模型中，采用了太 阳的AM1.5光谱和实验测量的复折 射率。
The PCE limit of the perovskite cell is about 31%, which approaches to the Shockley-Queisser limit (33%) achievable by gallium arsenide (GaAs) solar cells.
n(x)/p(x)是电子/空穴浓度，D和μ分别是扩散系数和迁移率，G(X) 代表相关位置产生的光激子。 另外:R（x）=0
(a) Samples #1 (Type-1 (p-i-n), efficiency = 15.7%, JSC = 22.7mA/cm2, VOC = 0.85 V, FF = 81%).
激子结合能
关于阐明第一激发的物质是电子空穴对还是自由载流子？？
V. Sundström和他的团队，在2ps的光激发情况下，研究CH3NH3PbI3， 使用超快时间分辨光谱去揭示电子空穴对的分离形成更高能级的移动电 荷的证据。
Paul组在Nature Photonics上的文章Electro-optics of perovskite solar cells 就测量出，CH3NH3PbI3的激子束缚能小于10meV，激子束缚能 非常的小，小于室温下的热动能（26meV），光照后产生的肯定是自由 的载流子。
87% 58% 82%
机器学习能否用在钙钛矿电池的优良特性的寻找？乃至微观物理模型的建立??
1、机器学习（深度学习等）用于寻找更佳的电池参数
已有数据参数 （膜厚、退火时 间、效率等）

钙钛矿太阳能电池文献总结报告PPT课件

钙钛矿太阳能电池文献总结报告PPT课件
70℃加热搅拌至澄清后旋涂到介孔TiO2 上; 晾干 后，将衬底浸入含CH3NH3I 的异丙醇溶液中， 随后热处理即可制得钙钛矿薄膜。
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制备方法
• 3）蒸发法：控制PbI2 和CH3NH3I 的蒸发速
率来控制钙钛矿薄膜的组成，由此形成了一种新型 的平面异质结型钙钛矿太阳电池。
• 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。
• 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。
3
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工作原理、结构和性能
Defects、benign grain boundary recombination Effects等优良性能，载流子复合
机率小，迁移率高
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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
艺下，SEOK小组获得了认证效率达 16.2%的钙钛矿太阳能电池器件。
或许是由于非溶剂（甲苯）的 加入，钙钛矿组份会从前驱体 溶液中迅速析出，形成MAI-PbI2DMSO 中间相，且结晶度很好。
最后一步，在100℃环境 下annealing（退火？）10分钟，除 去中间相中的DMSO得到MAPBI3
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制备方法-前驱体的作用
• 1）氯在薄膜制备中的作用
Lee小组采用PbCl2与MAI作为前驱体溶液，并声称得到的产 物为MAPbI3xClx。

钙钛矿太阳能电池PPT课件


户外装备
钙钛矿太阳能电池还可用 于为户外装备提供电力， 如帐篷、野营灯等，为户 外活动提供便利。
在太空探测领域的应用
太空飞行器能源
钙钛矿太阳能电池具有高效能量 转换和轻量化的特点，适用于太 空飞行器的能源供应，为太空探 测任务提供稳定、可靠的能源支
持。
月球基地能源
在月球基地建设中，钙钛矿太阳 能电池可以作为可持续的能源解 决方案，为月球基地提供长期、
面临的挑战
稳定性
钙钛矿太阳能电池的稳定性问题是 目前最大的挑战之一，需要进一步 研究以提高其长期使用的可靠性。
毒性
部分钙钛矿材料可能对人体和 环境有害，需要寻找无毒或低 毒的替代品。
大面积制备
目前钙钛矿太阳能电池的大面 积制备还存在一定的技术难度 和挑战。
效率衰退
钙钛矿太阳能电池在长时间使 用后可能会出现效率衰退的问 题，需要进一步研究和解决。
项目目标
本项目旨在研发高效钙钛矿太阳能电池，实现产业化生产和应用，推动新能源技术的进步 和发展。
技术路线与实施方案
技术路线
本项目采用新型钙钛矿材料，通过材料合成、器件制备、性 能测试等技术手段，研发出高效钙钛矿太阳能电池。
实施方案
本项目分为材料合成、器件制备、性能测试、产业化生产四 个阶段。在每个阶段，我们将严格按照技术路线图进行实验 和测试，确保项目顺利实施。
低成本制造工艺
钙钛矿太阳能电池的制造工艺相对简 单，成本较低，有利于大规模生产和 应用。
02
钙钛矿太阳能电池的原理
钙钛矿的结构与性质
钙钛矿材料具有ABX3型晶体结 构，其中A为有机阳离子，B为 金属阳离子，X为卤素阴离子。
钙钛矿材料具有直接带隙半导 体特性，光吸收系数高，吸光 能力强。

钙太矿太阳能电池PPT课件

钙钛矿材料易于合成，可采用溶液法制备大面积、低成本的光电薄膜。
钙钛矿太阳能电池的工作原理
01
当太阳光照射到钙钛矿 层时，光子被吸收并产 和空穴在钙钛矿层 中通过扩散传输到异质 结界面。
在异质结界面，电子和空 穴被传输到相邻的电子传 输层和空穴传输层。
电子和空穴在传输层中被 分离，并分别收集到负极 和正极，形成光电流。
促进可持续发展
钙钛矿太阳能电池的应用 有助于推动经济、社会和 环境的可持续发展，实现 人类与自然的和谐共生。
提升能源安全
发展钙钛矿太阳能电池可 以降低一个国家对传统能 源的依赖，提升能源安全。
06
结论
钙钛矿太阳能电池的研究成果总结
高光电转换效率
低制造成本
钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效 率，可达到20%以上，远高于传统硅基太 阳能电池。
THANKS
感谢观看
钙钛矿太阳能电池的效率
钙钛矿太阳能电池的效率已经 达到了25%以上，远高于传统 的硅基太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池的效率主要 受到材料质量、界面性质、载 流子输运等因素的影响。
为了进一步提高钙钛矿太阳能 电池的效率，需要深入研究这 些因素，并采取有效的措施进 行优化。
03
钙钛矿太阳能电池的制造 工艺
大面积制备难度
目前钙钛矿太阳能电池的大规模制备 技术尚不成熟，提高大面积器件的性 能是一大挑战。
制造成本不均
虽然钙钛矿材料成本较低，但其他组 件和制造过程的成本较高，影响了整 体成本的降低。
未来的发展方向
提高稳定性
通过改进材料和优化器件结构，提高钙钛矿 太阳能电池的长期稳定性是关键。
大面积制备技术
基底选择
选择合适的导电基底，如FTO、ITO等， 确保良好的导电性和透过性。

钙钛矿太阳能电池 PPT精选文档

钙钛矿太阳能电池应用研究——材料科学导论
Application of Perovskite Solar Cells
全华锋，路顺茂，王晨宇，薛伟，唐川
低维材料及其应用教育部重点实验室，湘潭大学，湖南，411105
汇报内容
1
背景介绍及发展史
2
器件结构及原理
3 吸光材料的成膜技术及制备
4
C问lic题k 及to前ad景d展Ti望tle
传统的非晶硅太阳能电池，经 过多年的发展，其光电转换效率提 升缓慢．相比之下，近年来出现的 新型太阳能电池如有机太阳能电池 （OPV）、钙钛矿太阳能电池、染料 敏化太阳能电池（DSSC）和量子点 太阳能电池(quantum dot solar cells)，发展较快，光电转换效率 提升明显。
时间
团队
器件结构及原理
Reference
[1] The emergence of perovskite solar cells, Nature Photonics, 2014, 8, 506–514. [2] Perovskite Solar Cells: From Materials to Devices, Small, doi:10.1002/small201402767. [3]邓林龙, 谢素原, 黄荣彬,等. 钙钛矿太阳能电池材料和器件的研究进展[J]. 厦门大学
为立方相。高温立方相晶体结构具
有最大的电子传导特性。
5
器件结构及原理
钙钛矿太阳能电池器件结构及制备
图4 钙钛矿太阳能电池结构示意图及SEM照片
由掺杂氟SnO2 （fluorine-tin-oxide, FTO)导电玻璃、电子传输层（ETM）、钙钛矿 吸收层（如CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI2Cl、CH3NH3PbBr3等）、空穴传输层（HTM） 和金属对电极组成。 电子传输层（ETM）多为ZnO、TiO2等，空穴传输层（HTM）多为Spiro-OMeTad、 FTAA、H3MT、PEDOT：PASS等固态介质材料。

全干法制备钙钛矿太阳能电池

全干法制备钙钛矿太阳能电池
全干法制备钙钛矿太阳能电池是一种新型的制备方法，可以在无机溶剂中通过化学反应合成钙钛矿薄膜，用于制备高效率的太阳能电池。

该方法的基本步骤如下：
1. 制备前驱体溶液：通过将钙和钛的碱式盐或有机金属盐溶解在适当的溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液。

2. 溶液处理：控制溶液的温度、浓度和反应时间，使前驱体溶液中的钙和钛离子进行适当的反应和转化，形成钙钛矿晶种。

3. 晶种转化：将形成的钙钛矿晶种转移到导电基底上，使其在基底上生长成具有特定结构和形貌的钙钛矿薄膜。

4. 热处理：将钙钛矿薄膜进行适当的热处理，以优化晶格结构和提高电池性能。

5. 光电性能测试：对制备的钙钛矿太阳能电池进行光电性能测试，评估其能量转换效率和稳定性。

全干法制备钙钛矿太阳能电池具有制备速度快、操作简单、适用于大面积制备等优点。

然而，该方法的工艺条件和材料性质等仍需进一步研究和改进，以提高其制备效率和稳定性，实
现在实际应用中的广泛应用。

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OTPs Solar Cells
Wang W.P. 2016-10-21
1
1. 视频实验整理（湿度影响，材料PbCl2+CH3NH3I）
相对湿度：30 %
相对湿度：60 %
➢ Processing in an environment with a humidity of 30-40% rh results in films
film colour will appear orange/brown after the 30 second spin coating
stage. Although the film will revert back to a bright yellow upon placing on a 90°C hotplate and appear a dark brown/grey after the thermal heating 2 stage, the films will provide poor device performance.
• Au is one of the best catalysts to make CO from electrochemical CO2 reduction with high Faradic efficiency at low overpotential.
• Oxygen evolution anode uses iridium oxide (IrO2): high activity, stability against dissolution.
测试
8
9Leabharlann 101112
13
14
3.1 Perovskite PV-Driven CO Generation from CO2 CO is the product that stores the largest amount of energy per molecule
Chem. Rev. 115, 12888–12935 (2015)
旋涂PCBM
擦拭两端
蒸镀电极Ca/Al
6
以环氧树脂封装
6. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
紫外烘烤
擦拭两端
蒸镀电极Al
7
以环氧树脂封装
7. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
2. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
准备PEDOT:PSS
ITO超声清洗
coat PEDOT:PSS
3
3. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
测量湿度 <40 %
PbCl3:MAI = 1:3
Adjusted the area of the Au electrode
15
Maximize the Faradic efficiency
6.5 % solar-to-CO conversion efficiency
Thank you
16
having a bright yellow colour post spin coating. Placing these films on a 90°C hotplate initially maintains this film colour and after 90-120 minutes, a perovskite film will be formed with a dark brown/grey colour ➢ If, instead, the humidity of the environment is too high (>40% rh) then the
旋涂perovskite
4
4. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）
用棉签擦拭两端
烘干
30min 烘干完成 Glove-box containing spin-coater and thermal evaporator
5
5. 视频实验整理（制作过程，ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbCl2I/PCBM/Al）