钙钛矿电池技术突破
柔性钙钛矿太阳能电池原理？
柔性钙钛矿太阳能电池原理？
钙钛矿太阳能电池是目前比较热门的研究对象，国内外很多课题组从事于这方面的研究。该类型电池的光吸收层材料为钙钛矿结构，因此被命名为钙钛矿太阳能电池。材料的禁带宽度可以通过改变组成物质的种类及比例来调控，能覆盖的光谱吸收范围宽至红外波段，同时具备载流子扩散距离长和迁移率高的优点。器件的光电转换效率从2009年报道的3.8%到如今的最高25.2%。在生产工艺上，能通过溶液旋涂法进行低温制备，整体制造成本较低，并且可以制备柔性器件。兼具上述优势，钙钛矿电池凭借其无比卓越的光电性质和前景巨大的发展空间得到了全世界的研究人员的认可，可以说是站在了太阳能电池舞台的中央。
钙钛矿太阳能电池基本原理是光生伏特效应，器件的工作机制总体可以被划分为五个过程：
（1）光子吸收过程：受到太阳光辐射时，电池的光吸收层材料吸收光子产生受库仑力作用束缚的电子-空穴对，即激子。
（2）激子扩散过程：激子产生后不会停留在原处，会在整个晶体内运动。激子的扩散长度足够长，激子在运动过程发生复合的几率较小，大概率可以扩散到界面处。
（3）激子解离过程：钙钛矿材料的激子结合能小，在钙钛矿光吸收层与传输层的界面处，激子在内建电场的作用下容易发生解离，其中电子跃迁到激发态，进入LUMO能级，解除束缚的空穴留在HOMO能级，进而成为自由载流子。
（4）载流子传输过程：激子解离后形成的自由载流子，其中自由电子通过电子传输层向阴极传输，自由空穴通过空穴传输层向阳极传输。
（5）电荷收集过程：自由电子通过电子传输层后被阴极层收集，自由空穴通过空穴传输层后被阳极层收集，两极形成电势差。电池与外加负载构成闭合回路，回路中形成电流。
钙钛矿电池的制备方法？
（1）两步溶液旋涂法
把CH3NH3I和PbI粉体分别溶于DMF(或DMSO)和异丙醇中。将PbI2溶液旋涂在FTO/ETL基板上，退火干燥或等溶剂自然挥发得到PbI2薄膜，再将CH3NH3I溶液涂覆在PbI2上，使两者反应经退火处理后得到钙钛矿薄膜。
（2）电池结构及钙钛矿薄膜表面
钙钛矿太阳能电池光伏特性的关键在于薄膜形貌，良好的薄膜制备工艺可以得到光滑无缺陷的表面，大尺寸的晶粒和少量的晶界。通过在MAI溶液中加入少量极性溶剂DMF有助于改善成膜质量，随着MAI溶液浓度的增加,钙钛矿表面发白现象逐渐明显。
（3）旋涂法
可分为一步旋涂法和两步旋涂法。优点：操作简便，可通过调节转速控制薄膜厚度。但由于自身的缺陷，旋涂法制备的薄膜会出现涂膜不均的问题。一步反溶剂诱导快速结晶沉积法通过旋涂钙钛矿前驱液并用氯苯进行反溶剂萃取，得到致密均匀的钙钛矿薄膜。采用乙醚/正己烷的混合反溶剂来增加钙钛矿晶粒的成核密度，减缓晶体生长速度，得到光滑的钙钛矿薄膜。