钙钛矿吸收层是电池转换效率提高的关键因素。
钙钛矿有机铅碘化合物具有合适的能带结构， 较好的光吸收性能，能够吸收几乎全部的可见 光用于光电转换。 具有自组装的特性，所以合成简易， 通过低温低成本液相法即可实现有效的薄膜沉积。
薄膜太阳能电池是什么原理？
高效钙钛矿太阳能电池中,最常用的吸光材料是CH3NH3PbI3,其带隙约为1.5eV[20],能充分吸收400~800nm的可见光,比钌吡啶配合物N719高出一个数量级。CH3NH3PbI3吸光材料有很好的电子传输能力,并具有较少的表面态和中间带缺陷,有利于光伏器件获得较大的开路电压,是钙钛矿太阳能电池能够实现高效率光电转化的原因。目前常用的空穴传输材料(Holetransportmaterial,HTM)有spiro-MeOTAD、P3HT(聚3-己基噻吩)、CuI和CuSCN等。韩国Noh研究团队[44]以PTAA作为HTM,所制备的太阳能电池最高光电转换效率为12%。Giacomo等[24]分别以P3HT和Spiro-OmetaD作为HTM制备钙钛矿太阳能电池,对比发现两者光电转换效率十分相近,但引入P3HT的器件开路电压(Voc)达到0.93V,高于引入Spiro-OmetaD器件的开路电压(Voc=0.84V)。在引入空穴传输层的钙钛矿太阳能电池中,对空穴传输层的厚度有较高的要求。例如spiro-OmetaD层应较薄,以使空穴从spiro-OmetaD中传输到对电极的阻力最小化,而典型钙钛矿吸光材料的电导率一般在10-3S/cm数量级,为了防止钙钛矿吸光膜层和对电极中发生电流短路现象,spiro-OmetaD厚度又应适当增加。鉴于以上原因,空穴传输膜层的厚度必须通过不断的实验探索才能达到最优化。另外,还可通过采用渗透性更好的空穴传输材料来获得更高的填充系数和光电转换效率。针对目前常用的空穴传输材料spiro-OmetaD合成路线复杂、价格昂贵等问题,科研人员研制了一系列易于合成且成本低廉的小分子作为空穴传输材料。Christians和Qin等[45,46]分别以CuI和CuSCN作为空穴传输材料,实验结果表明CuI的导电性比spiro-OmetaD好,可以有效改善器件的填充因子,获得6%的光电转换效率而CuSCN中空穴传输速率为0.01~0.1cm2·V/s,远高于spiro-OmetaD中空穴传输速率,使得器件短路电流大大增加,光电转换效率为12.4%。这些新型无机空穴传输材料在未来大规模研究和应用中,有望作为spiro-OmetaD的替代品降低电池的原料成本。最近Fang等[47]采用紫外臭氧表面处理和氯元素界面钝化两个关键技术,首次在一种结构为FTO/CH3NH3PbI3-xClx/Spiro-OmetaD/Au无空穴阻挡层的钙钛矿太阳能电池上取得了1.06V的开路电压和14%的光电转化效率。
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源，不产生任何的环境污染。在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。
制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池；3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。
一、硅太阳能电池
1．硅太阳能电池工作原理与结构
太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：
图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。
当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：
图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有3个电子，所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成P（positive）型半导体。
同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。如下图。
N型半导体中含有较多的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样，当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是PN结。
当P型和N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层)，界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区，一旦扩散就形成了一个由N指向P的“内电场”，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是PN结。
当晶片受光后，PN结中，N型半导体的空穴往P型区移动，而P型区中的电子往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流。然后在PN结中形成电势差，这就形成了电源。(如下图所示）
由于半导体不是电的良导体，电子在通过p－n结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属，阳光就不能通过，电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖p－n结（如图 梳状电极），以增加入射光的面积。
另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜（如图），将反射损失减小到5％甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是36个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。
2．硅太阳能电池的生产流程
通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。
上述方法实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺。此外，液相外延法（LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。
化学气相沉积主要是以SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiH4,为反应气体,在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用Si、SiO2、Si3N4等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒，并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用 LPCVD在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。
三、纳米晶化学太阳能电池
在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的纳米TiO2晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。
以染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）为例，这种电池主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底，染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。
阳极：染料敏化半导体薄膜（TiO2膜）
阴极：镀铂的导电玻璃
电解质：I3-/I-
如图所示，白色小球表示TiO2，红色小球表示染料分子。染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入TiO2导带中的电于最终进入导电膜,然后通过外回路产生光电流。
纳米晶TiO2太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的1/5～1/10．寿命能达到20年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。
四、染料敏化TiO2太阳能电池的手工制作
1.制作二氧化钛膜
(1)先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨
(2)接着用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜
(3)把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结10～15分钟，然后冷却
2.利用天然染料为二氧化钛着色
如图所示，把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶，加一汤匙的水并进行挤压，然后把二氧化钛膜放进去进行着色，大约需要5分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可以再放进去浸泡5分钟，然后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦干。
3.制作正电极
由染料着色的TiO2为电子流出的一极（即负极）。正电极可由导电玻璃的导电面（涂有导电的SnO2膜层）构成，利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的那一面是可以导电的，利用手指也可以做出判断，导电面较为粗糙。如图所示，把非导电面标上‘+’，然后用铅笔在导电面上均匀地涂上一层石墨。
4.加入电解质
利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质，它主要用于还原和再生染料。如图所示，在二氧化钛膜表面上滴加一到两滴电解质即可。
5.组装电池
把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到两滴含碘和碘离子的电解质，然后把正电极的导电面朝下压在二氧化钛膜上。把两片玻璃稍微错开，用两个夹子把电池夹住，两片玻璃暴露在外面的部分用以连接导线。这样，你的太阳能电池就做成了。
6.电池的测试
在室外太阳光下，检测你的太阳能电池是否可以产生电流。
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