王佳

摘 要：由于鈣钛矿材料制备的太阳能电池具有能量转换效率高和成本低的优点，近年来发展极为迅速，获得了学术界的高度关注。首先总结了钙钛矿材料的发现及发展状况，然后介绍了钙钛矿太阳能电池的优点和缺点，最后介绍了钙钛矿型太阳能电池的近期研究状况。

关键词：钙钛矿型；太阳能电池；优点；缺点；研究状况

一、 钙钛矿型太阳能电池的发现及发展状况

（一）钙钛矿型太阳能电池的发现

钙钛矿进入人们视野已近两个世纪。但是直到2009年，钙钛矿太阳能电池才被首次被提出。当时日本桐荫横滨大学的Tsutomu Miyasaka将钙钛矿作为吸光层加入到染料敏化太阳能电池（DSSCs）设备中，效率达3.8%。研究人员很快意识到，钙钛矿不仅善于捕捉日光，还可以运送电荷。2012年8月以后，人们对该电池的研究取得了一系列的重大突破，国际学术界对此高度重视。

（二）钙钛矿型太阳能电池的发展状况

相比于有机（opv）、染料敏化（DSSC）和非晶硅（a-Si）太阳能电池，钙钛矿太阳能电池效率的提升速度惊人。据美国麻省理工学院网站2013年11月11日报道，科学家们在最新研究中发现，以一种新式钙钛矿（CaTi03）为原料的太阳能电池的转化效率或可高达50%，为目前市场上太阳能电池转化效率的2倍，能大幅降低太阳能电池的使用成本。而一开始，其电池的光电转换效率只有3.8%，在2014年初，韩国化学技术研究所（KRICT）将该效率提升到17.9%[1]，2014年5月，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的Yang等[2]己经将此效率提升到19.3%。

二、钙钛矿型太阳能电池的优点

第一个是能量转换效率。作为光伏领域的一个新成员-钙钛矿型太阳能电池，其能量转换效率已经提高到15%以上，这是在太阳能电池领域很高的水平。第二个是成本，即便在商业化的电池中必须用到铅，这也不是一个重大的问题。为了合理地处理问题，我们换一个角度思考：假设钙钛矿太阳能电池年产能达1000吉瓦，那么需要的铅也不到10000吨；相比之下，铅酸蓄电池每年消耗的铅高达4百万吨。并且与现在商业常用的单晶硅相比，其价格更低，更具有经济效益[3]，有利于这种新型电池的开发与普及。高性能而成本低已经成为钙钛矿型太阳能电池主要优势。第三个是稳定性[4]。有关电池储存寿命的研究较少，目前仅有一个研究封装的电池在45℃下最大功率光辐照时电池的工作情况。

三、钙钛矿型太阳能电池的缺点

作为新型电池，也存在着一些不足之处。第一，钙钛矿型太阳能电池效率不能达到一定的高度，并且这种太阳能电池产生的电流很低。不能满足于现代需要的高强度高效率的利用及其他商业用处，使它的运用方向和使用范围有一定的局限性而导致不能大范围的普及使用。第二，目前所制造的大多数钙钛矿电池的色调都是褐色，很难向那些设计摩天大厦的建筑师进行推广。例如，牛津光伏公司正在努力制造基于窗户的钙钛矿光伏（PVs），牛津大学的Giles Eperon报告称，通过分块而不是整体加工钙钛矿，可制造出中性颜色、半透明的钙钛矿电池，其效率可达8%。但是目前还没有能研制出适宜颜色的该钛矿太阳能电池，这也是以后研究的重点。第三，钙钛矿的储量并不充足。

四、近期研究状况

起初，CH3NH3PbX：作为一种新颖的染料被运用在染料敏化太阳能电池中，其器件结构同典型的DSSC相似，染料附着在介观尺寸的金属氧化物框架上。Ti0：是最典型的框架材料，同时其还起到传输电子的作用[5]。此外，也可以用绝缘的A12O3[6] 或ZrO2[7]作为框架。CH3NH3PbX：纳米晶附着在具有介观尺寸的n型Ti0：上，上方沉积有p型的空穴传输材料（HTM ） 。入射光从下方的玻璃射入，能量大于CH3NH3PbX：禁带宽度的光子被其吸收，从而产生激子。

参考文献：

[1] Research Cell Efficiency Records [EB/OL].[2014-04-30]http：//www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency chart.jpg

[2] Perovskite Solar Cells Keep On Surging [EB/OL].[2014-05-02]http：//www.sciencemag.org/content/344/6183/458.summary

[3] 石将建，卫会云，吴会觉，罗艳红，李冬梅，孟庆波 高效无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池异质结特性研究 [J] 2014-04-20

[4] Science， 2013，342，317

[5] OREGAN B， GRATZEL M. A low-cost，high-efficiency dolar cell based on dye-sensitized colloidal TiOz films [J] Nature， 1991， 353（6346）：737-740

[6] LEE M M，TEUSCHER J， MIYASAKA T， et al. Efficient hybrid solar cells based on meso-superstnxctured organometal halide perovskites [J]Science， 2012， 338（6107）： 643-647.

[7] BI D， MOON S J，HAGGMAN L， et al. Using a two-step desposition technique to prepare perovskite （MAPbI3） for thin film solar cells based on ZrO2 and Ti02 mesostnxchxres [J] RSC Adv， 2013， 3（41）： 18762-18766.