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然后，这些自由电子传输到电子传输层，而空穴移动到空穴传输层。即由于致密二氧化钛层和钙钛矿层材料的能带差异，电子移动到二氧化钛致密层，最终传到导电玻璃上。而空穴与电子移动方向刚好相反，其会移动到空穴传输层，然后空穴传输层将空穴传输到对电极上去。

最后，在光照条件下，将导电玻璃和金属电极的外电路相连，即可产生光电流。

筛选介孔电子可以分为2个步骤：

（1）钙钛矿层和致密层直接接触，即可将电子传输到导电玻璃上。

（2）钙钛矿与TiO2膜接触，电子先移动到TiO2上去，传送到致密层以后，致密层将会对其进行一些选择，然后才传输到导电玻璃上[1]。 平板型异质结钙钛矿太阳能电池

目前，钙钛矿太阳能电池主要倾向于低温方向发展。因为低温制备不但可以节约能源，还能降低成本。而平板钙钛矿太阳能电池刚好代表了此研究方向。

平板钙钛矿太阳能电池的工作原理如图六所示。

由图五可见，钙钛矿层受到光照后，吸收光子，价带电子将会跃迁到导带，从而产生电子-空穴对。

由于钙钛矿的导带能量比TiO2导带的能量要低，因此，钙钛矿上的导带电子将会移动到TiO2导带，最终通过TiO2将电子传输到FTP导电玻璃。

图五 平板钙钛矿太阳能电池的工作原理图

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与此同时，空穴也将会传输到空穴传输层，从而激子产生了分离，当外电路连接时，通过电子与空穴的移动，电池中即可产生电流[1]。 五 钙钛矿的制备方法

杂化钙钛矿晶体主要是将无机盐和有机盐充分混合及反应后，然后将得到的前驱体溶液在介孔材料中的孔隙内组装而形成的。一般来说，制备杂化钙钛矿晶体薄膜的方法有：一步溶液旋涂法 [17]，双源气相沉积法[[18]和两步溶液浸渍法[[19]。

一步溶液旋涂法是将等摩尔比的CH3NH3I和PbI2的γ-丁内酯或DMF溶液，然后将其旋涂在介孔TiO2薄膜上，通过自组装形成杂化钙钛矿，再经过退火后，即能获得完整的晶形。

一步溶液旋涂法的优点有：（1）操作简单；（2）可以制备出完整性比较好的杂化钙钛矿晶体薄膜。一步溶液旋涂法的缺点有：（1）不能精确地控制形貌以及厚度；（2）一步溶液法形成的薄膜，其不但均匀性比较差，而且存在许多的形态缺陷；（3）由于原料中同时存在有机组分和无机组分，较难选择同时溶解二者的溶剂，除此之外，还要考虑金属价态稳定性、溶解性和溶解度等因素，而这些因素将会对效率造成一定的影响 [17]。

双源气相沉积法首先是把PbI2源和CH3NH3PbI3源按照特定的速度进行蒸发，然后在介孔TiO2上进行沉积，即可得到杂化钙钛矿晶体薄膜。

气相沉积法的优点有：（1）能够很好地控制薄膜的均匀度和厚度；（2）最终得到的薄膜材料具备较低的单分子复合速率和较高的载流子迁移率。气相沉积法的缺点有：（1）难以平衡无机盐和有机盐二者的蒸发速率；（2）有机阳离子在高温下可能会发生蒸发；（3）不同种类的有机阳离子将会对热蒸发设备造成污染[18]。

两步溶液浸渍法首先将PbI2与DMF溶液或γ-丁内酯进行混合，然后旋涂到介孔TiO2薄膜上，或者在介孔TiO2薄膜上层积PbI2，然后将其与CH3NH3PbI3的1-丁醇溶液进行混合，最终进行干燥，即可得到产物杂化钙钛矿晶体薄膜。

两步浸渍法的优点有：（1）可以得到完整性高的薄膜；（2）可以准确地控制薄膜的形貌和厚度；（3）其制备出的杂化钙钛矿薄膜，具有良好的覆盖率以及均匀度；（4）能够适用于无机盐和有机盐互不相容的组分。两步浸渍法缺点主要为

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制备条件苛刻，其必须在氮气保护的干燥环境中进行，不然难以得到性能良好的器件[19] 。

六 钙钛矿太阳能电池存在的优点及缺点

钙钛矿型太阳能电池作为目前最受关注的一类太阳能电池，具有制造成本低、光电转换效率高、综合性能优异等优点。 （1） 制造成本低：

钙钛矿太阳能电池最大的优点就是成本低廉。目前硅基太阳能电池占领了市场的绝大部分，众所周知，硅晶的价格昂贵，故人们不得不研究及开发新型太阳能电池。而钙钛矿太阳能电池制备技术简单，大大降低了其成本。同样功率（如100W）下，钙钛矿太阳能电池的成本约为硅晶太阳能电池的 1/17至1/20。 （2） 光电转换效率高：

目前，据报道，钙钛矿太阳能电池的转换效率已经到达22.1%，已经接近于单晶硅太阳能电池的转换效率（25.6）。理论上，钙钛矿太阳能电池的转换效率可达50%，随着科学家进一步深入研究，相信在不久的将来，其转换效率将会超过单晶硅太阳能电池。 （3） 综合性能优异:

钙钛矿太阳能电池不仅拥有第一代太阳能电池高转化效率的特点，还具有第三代太阳能电池薄膜、柔性化的特点，可利用溶液法卷对卷生产。其封装前的厚度仅有数微米，远薄于非晶硅、CIGS等传统薄膜太阳能电池。

目前，阻碍钙钛矿太阳能电池产业化的关键是电池的稳定性较差，电池材料有毒性、电池封装性[20]和生产工艺[21]等问题[。 （1） 稳定性差：

由于光吸收层钙钛矿材料在空气中容易吸收水分，发生氧化，电池易失效，故电池的稳定性不是很好。如何保持电池中钙钛矿材料的稳定性，并且保持电池的性能是目前待解决的一个关键问题。 （2） 有毒：

目前在钙钛矿太阳能电池中，有机无机钙钛矿 CH3NH3PbX3（X=Br，Cl，I）为主要的光吸收层材料。而铅元素为重金属，具有很大的毒性，电池在回收的过程中会造成环境污染。目前，研究人员正尝试用无毒元素代替铅。

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（3） 电池的封装：

由于钙钛矿材料易吸收空气中的水分，发生氧化。这要求封装过程中需远离水蒸汽，即尽量避免暴露在空气环境中。故大大增加了封装钙钛矿电池的难度。而好的封装不但能防止有毒元素的泄露，也能提高电池的效率以及电池的寿命。 （4）生产工艺问题：

目前，钙钛矿太阳能电池的生产工艺条件较为苛刻，它需要隔离水蒸气，甚至需在惰性气体的保护下进行制备，这大大提升了其工业化生产的难度。除此之外，制备钙钛矿层材料的步骤较为复杂，难以实现大规模工业化生产，还需进一步改善[21]。

这些问题的解决是实现低成本、无毒性、高效率钙钛矿型太阳能电池的必要条件。

七 结论与展望

太阳能凭借清洁、安全等特点，受到了各国的广泛关注。钙钛矿太阳能电池与其它市场化的电池，如硅晶太阳能电池以及CIGS薄膜太阳能电池等相比，它具备效率高，成本低的优势。与此同时，运用不同的一些组装方法能够设计出形状规整，轻便并且透明的电池[16]。同时钙钛矿太阳能电池又具备高的光电转化效率，双极性，并且能够吸收全色光的特性，从而受到各国科学家的青睐，成为研究的重点

今后，对于钙钛矿太阳能电池需要就以下几个方面多做研究：

（1）可以通过改进光吸收层的钙钛矿材料，以此来提高钙钛矿材料的稳定性，进而提高电池的寿命；

（2）寻找铅元素替代元素（同一族元素如锡、锗等），改善钙钛矿太阳能电池的环保问题，减少回收过程中对环境的污染；

（3）优化电池结构，增加阻挡层的厚度，减少电子的复合；

（4）制备大面积半导体多孔膜，并且改善其结构，提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；

（5）开发新材料（光响应范围宽且强的钙钛矿结构、HTM、对电极等）； （6）改善工艺，以实现大规模工业化生产，拓宽应用领域。

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