钙钛矿型太阳能电池研究进展.docx

该【钙钛矿型太阳能电池研究进展 】是由【碎碎念的折木】上传分享，文档一共【5】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【钙钛矿型太阳能电池研究进展 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。课序号
文献检索和数据库期末论文
题目：钙钛矿型太阳能电池争论进展
姓 名 郭天凯
学 号 2025437019
年级专业 2025 应用物理
指导教师
2025 年 7 月 11 日
摘要：近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了能源的开发和利用上。在各种能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市
场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，争论和进展高效率、低本钱的型太阳能电池格外必要。在众多的型太阳能电池里，钙钛矿薄膜太阳能电池近两年脱颖而出，吸引了众多科研工作者的关注，还被《Science》评比为 2025 年十大科学突破之一。钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转化效率在5 % 快速提高到经过认证的 %〔截止到 2025 年底〕，把染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等型薄膜太阳电池甩在了身后。
关键词：钙钛矿太阳能电池，争论领域，前沿科技，进展态势一、钛矿太阳电池技术争论领域的定义及其重要性
1、钛矿太阳电池技术争论领域的定义
钙钛矿太阳电池是以具有钙钛矿构造的有机-金属卤化物〔简称：钙钛矿〕 等作为核心光吸取、光电转换、光生载流子输运材料的太阳电池。
钙钛矿太阳电池技术争论领域是指有关钙钛矿太阳电池的工作机理、构造、特性、核心制备工艺与关键产业化生产工艺、应用争论等。
钙钛矿太阳电池所承受的这种具有钙钛矿构造的有机-金属卤化物光吸 收体具有良好的光吸取、光电转换特性以及优异的光生载流子输运特性，其电子与空穴集中长度均可超过 1000 nm。因而承受这种型光电转换材料的钙钛矿太阳电池具有特别优异的光电转换特性，目前试验室样品光电转换效率已高达 %。
目前钙钛矿太阳电池的构造通常承受体相异质结构造、平面异质结构造和无空穴输运材料异质结构造等。
钙钛矿太阳电池的试验室制备工艺通常承受液相沉积工艺、气相沉积工艺以及液相/气相混合沉积工艺。
基于上述简洁的构造、便利的制备工艺和优异的光电转换性能，钙钛矿太阳电池因而有望成为具有高效率、低本钱、柔性、全固态等优点的一代太阳电池。
钙钛矿太阳电池的大规模产业化生产将可承受卷对卷湿法涂覆、可打印印刷技术和干法等离子体增加沉积技术等。
钙钛矿太阳电池具有光明的应用前景和宽广的应用范围，特别适用于建筑光伏一体化〔BIPV〕、偏远地区分布式发电电站、家庭式发电电站、移动
〔室内、便携式〕电子产品、艺术装饰品等应用。
2、钛矿太阳电池技术争论领域的重要性
能源是社会和经济进展的重要根底条件，迄今为止人类社会进展仍旧主要依靠于化石能源。但化石能源在地球上的分布极不均衡，并且终究会枯竭。另外燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾气候和温室效应严峻威逼人类社会的可持续进展。太阳电池能够利用太阳能直接转化为电能，可以为人类社会进展供给取之不尽用之不竭的清洁能源，是人类社会应对能源危机，解决环境问题，寻求可持续进展的重要对策。
经过长期的争论与进展，目前单晶硅基太阳电池技术已经比较成熟。但单晶硅基太阳电池存在生产本钱高、生产过程能量消耗大、环境污染严峻、
本钱回收时间长等问题。因此，人们还在不断地探究开发更廉价的高效太阳电池技术。经过多年的进展，基于CuInGaSe、CdTe、多晶硅、非晶硅等材料的薄膜太阳电池技术已经取得了长足的进步。但这些电池技术仍旧存在这样那样的缺乏，例如CuInGaSe 薄膜电池需要使用地壳中格外匮乏的元素In 和Ga，不利于这种电池的大规模持续应用，而CdTe 中含有重金属元素Cd，会造成环境污染问题。为此，探究高效、廉价、环保的型太阳电池技术的努力仍在连续，兴的太阳电池技术不断涌现，包括染料敏化太阳电池、有机太阳电池和量子点太阳电池等。
2025 年，日本 Miyasaka 等人在争论敏化太阳电池的过程中，首次使用具有钙钛矿构造的有机金属卤化物CH3NH3PbBr3 和CH3NH3PbI3 作为敏化剂，拉开了钙钛矿太阳电池争论的序幕。在随后短短的几年时间内，钙钛矿太阳电 池技术取得了突飞猛进的进展，能量转换效率已经超过了染料敏化太阳电池、有机太阳电池和量子点太阳电池。2025 年第一期英国《自然〔NATURE〕》周刊甚至估量今年钙钛矿太阳电池的能量转换效率会到达 20%，也就是到达目前技术已经比较成熟的CuInGaSe 薄膜太阳电池的水平，从而为钙钛矿太阳电池的产业化进展指明方向。
钙钛矿太阳电池不仅具有较高的能量转换效率，而且其核心光电转换材 料具有廉价、可溶液制备的特点，便于承受不需要真空条件的卷对卷技术制 备，这为钙钛矿太阳电池的大规模、低本钱制造供给可能。不仅如此，钙钛 矿太阳电池还可以制备在柔性衬底上，便于应用在各种柔性电子产品中，例 如可穿戴的电子设备、折叠式军用帐篷等。与染料敏化太阳电池相比，钙钛 矿太阳电池不需要液体电解质，不用担忧太阳电池的漏液问题。与有机光伏 器件相比，钙钛矿太阳电池的核心光电转换材料是有机-无机杂化材料，材料的耐候性可能会优于有机光伏器件中使用的有机半导体材料。这些优点可能 会使钙钛矿太阳电池在实际使用中具有比染料敏化太阳电池和有机光伏器件 更好的性能稳定性和更长的使用寿命。基于上述缘由，钙钛矿太阳电池具有 格外光明的产业化前景，是现有商业太阳电池最有潜力的竞争者。因此，积 极开展钙钛矿太阳电池争论对于抢占太阳电池行业进展的先机，促进太阳电 池技术的升级换代具有重要意义。从更高的层次上讲，开展钙钛矿太阳电池 争论，推动钙钛矿电池的产业化，将使人类更廉价、更便利地获得取之不尽、用之不竭的清洁能源，对于整个人类社会和经济的可持续进展、提高绿色 GDP、治污防霾都具有重要意义。
二、矿太阳电池技术争论领域世界前沿科技进展态势
近四年来，钙钛矿太阳电池得到了快速进展，%进展到了 %的水平。同时，电池器件在低温制备及柔性化方面也取得了较大进展。
在 2025 年，具有钙钛矿构造的有机铅卤化物首次作为光吸取材料被用于液态电解质染料敏化太阳电池。由于钙钛矿吸光层在液态电解质中稳定性差， 仅得到 %左右的光电转换效率。此后，通过进一步优化光阳极介孔薄膜的
厚度，液态电解质染料敏化太阳电池的效率提高到了 %。同其他常见报道的染料相比，型钙钛矿构造光吸取薄膜具有高消光系数和宽吸取光谱范围。
它的这一优势在固态染料敏化太阳能上得到了充分表达。2025 年，韩国科研人员报道了基于钙钛矿敏化固态介孔太阳电池，%。同年， 英国牛津大学Snaith 小组通过对介孔材料及钙钛矿构造光吸取材料的优选， 承受了“介孔超构造杂化太阳能电池”，将固态敏化太阳电池的效率提高到了 %。通过进一步的争论觉察降低杂化电池介孔层的厚度，也可显著提高电池器件的光电转换效率。这一结果为 “平面异质结〔Planar Heterojunction〕” 钙钛矿电池的消灭供给了可能性。
2025 年，Snaith 小组首次报道了光电转换效率为 %的平面异质结钙钛矿太阳电池。与此同时，美面异质结钙钛矿太阳电池进展了广泛的争论。2025 年，低温钙钛矿太阳电池和柔性钙钛矿太阳电池也都得到了迅猛进展。通过进展致密层低温制备技术及开发型电子收集层材料，低温钙钛矿电池光电转换效率已达 %。承受 ZnO 纳米颗粒作为电子输运层的柔性钙钛矿电池效率已高达 %。
目前，经美国可再生能源国家试验室〔NREL〕认证的试验室样品电池的效率已高达 %。英国《自然》周刊发表评论估量，到 2025 年底，钙钛矿太阳电池的最高光电转换效率可望突破 20%的大关。
综上所述，钙钛矿太阳电池的突飞猛进，为我们解决能源问题供给了一条崭的途径。
三、我国在钙钛矿太阳电池技术争论领域进呈现状
我国科学家在钙钛矿太阳电池技术争论领域，虽然起步晚于日本、瑞士、英国、美国和韩国等国家，但我国科学家的争论工作颇具特色，具有很强的 竞争实力。中科院等离子体所和中科院大连化学物理争论所在探究型空穴 传输材料方面进展了争论，分别承受 P3HT/多壁碳纳米管，和 PCBTDPP 作为空穴传输材料，获得了 %,和 %的光电转换效率。华中科技大学开发了钙钛矿太阳电池型制备技术，承受廉价的碳材料取代贵金属作为导电电极， 结合全印刷的工艺获得了效率为 %的器件。此外，清华大学着重争论了钙钛矿太阳电池的稳定性，争论说明引入Al2O3 层会提高钙钛矿太阳电池的稳定性。中国科学院物理所报道了效率为 %无空穴传输材料的钙钛矿太阳电池，并结合单异质结抱负二极管模型及阻抗技术证明白该类无空穴传输材 料的钙钛矿太阳电池是一种典型的异质结电池。国科研工作者在钙钛矿太阳 电池的争论将会更进一步地促进钙钛矿太阳电池的进展。
但是我国在钙钛矿太阳电池技术争论领域的争论工作起步稍晚，目前的争论工作无论是从数量上和还是从质量上与相比较均有不小的差 距。存在的问题主要有总体上原创性还不够强、尚缺乏系统深入的工作。 四、区进展钙钛矿太阳电池技术领域的相关建议
1、瞻部署
面对首都防污治霾、解决清洁能源问题的重大战略需求，以光-电转换为核心，以型钙钛矿光电材料设计与制备为根底，发挥型光电材料的理论
与模拟的引领作用，重视微纳构造和外表界面工程争论，旨在提醒钙钛矿太阳电池高效光-电转换的机理，突破现有原理和技术局限，为型钙钛矿光电转换材料和器件在可再生能源的开发和能源高效利用方面供给思路和技术支撑。
通过材料、化学、数理和信息等多学科穿插，在理论和试验的源头创上取得突破，提醒提高光-电转换性能的机制，建立和进展型高效钙钛矿光电转换材料制备和高效钙钛矿太阳电池制造方法，进展具有自主学问产权的材料体系，为可再生能源的争论与开发供给途径，造就一支在全国有影响力的争论队伍，提高首都在光电材料和器件争论领域的整体创力量。
2、点争论方向
钙钛矿太阳电池光-电转换根本过程与原理
重点争论钙钛矿太阳电池光电转换过程的机理、理论与模拟，提醒高效钙钛矿太阳电池光-电转换的机制，进展构造；建立以性能推测为导向的计算方法与高效钙钛矿太阳电池器件物理模型；提出突破现有框架的理论与材料设计的计算方法。
高稳定性宽光谱固态高效钙钛矿太阳电池的设计与可掌握备
重点争论型钙钛矿光电转换材料的设计与制备及其器件应用，进展具有自主学问产权的高效稳定的光-电转换材料体系，包括有机、氧化物与和化合物半导体光伏材料等，提出光电转换材料设计概念、理论和方法等。争论探究型的高稳定性、宽光谱捕光材料和无机空穴传输材料，并制备出高稳定性、宽光谱、固态高效钙钛矿太阳电池。
低本钱大面积柔性高效钙钛矿太阳电池构造和外表界面工程
通过微纳构造、外表界面工程及其功能调控，争论外表界面构造、微纳构造对光-电转换性能的影响规律，建立和进展界面构造及聚拢态构造的原位、实时表征方法，探究实现高效稳定的光伏以及与能源利用相关的光电器件原理和构造。承受原子层沉积〔ALD〕技术，争论探究型的光阳极核壳构造与势垒层和高孔隙率半导体光阳极，承受卷对卷〔ROLL TO ROLL〕技术制备出低本钱、大面积、柔性、高效金属-绝缘层-半导体〔M-I-S〕构造钙钛矿太阳电池。
参考文献：
邹小平。钙钛矿太阳电池技术争论领域前沿科技进展报告。前沿视点，2025，3
频道，能源。中科院物理所 , 太阳能电池, 钙钛矿