摘 要

做为第三代太阳能电池的翘楚，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池在近几年获得

了快速的发展，其认证的光电转换效率已超过20%，并且有望突破到单晶硅太阳能电池的效率。除此之外，有机/无机钙钛矿太阳能电池还具有成本低廉、原料来源广泛、制备简单等优点。

传统的钙钛矿太阳能电池采用甲胺作为A位原子，会影响器件的稳定性。在这里，我们将采用铯和甲脒来替代甲胺，以提高器件的光谱响应范围和稳定性。采用反溶剂等方法制备高质量钙钛矿薄膜，并将阴离子采取碘和溴共混的方法来改变禁带宽度。采用荧光光谱的方法表征电荷的转移效率，并通过测空穴迁移率和电导

率对器件的稳定性进行表征。

关键词：有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池；光电性能；反溶剂法；稳定性

Abstract

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As the leader of the third generation of solar cells, organic and inorganic hybrid perovskite solar cells have gotten rapid development in recent years ,which’s photoelectric conversion efficiency (PCE)has been proved to be more than 20% and is expected to break through the efficiency of monocrystalline silicon solar cells. In addition, organic and inorganic perovskite solar cells also have the advantages of low cost, wide raw material source, simple preparation and so on.

Traditional perovskite solar cells using methylamine as A-site atoms, which will affect the stability of the device. Here, we will use cesium and formamidine instead of methylamine to improve the spectral response range and stability of the device.And we will use anti-solvent and other methods to prepare high-quality perovskite film, and the anion to take iodine and bromine blending method to change the bandwidth. The transfer efficiency of charge was characterized by fluorescence spectroscopy, and the stability of the device was characterized by measuring the mobility and conductivity of the hole.

Key Words：Organic and inorganic perovskite solar cells;Photoelectric performance；

Anti-solvent method;Stability

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目 录

第1章 绪论 6

1.1 有机一无机杂化钙钛矿材料简介 6

1.2 有机一无机杂化钙钛矿材料的结构特征 7

1.3 有机一无机杂化钙钛矿材料的合成方法 8

1.4 本课题研究目的和意义 13

1. 实验过程 15

2.1实验试剂 15

2.2 钙钛矿太阳能电池的制备 15

2.2.1 导电玻璃切割及清洗 15

2.2.2 在玻璃上喷涂TiO₂ 16

2.2.3 切割玻璃、贴导电胶 16

2.2.4 钙钛矿溶液的配置 16

2.2.5 制备钙钛矿薄膜 17

2.2.6 镀金电极操作 17

2.3 测试方法 18

2.3.1 IV测试 17

2.3.2 X射线衍射分析（XRD） 17

2.3.3 荧光光谱分析 17

第3章 结果与讨论 20

3.1 光电性能分析 20

3.2 X射线衍射分析 21

3.3 荧光光谱分析 23

3.4 稳定性分析 24

第4章 结论与展望 25

参考文献 26

致谢 28

第1章 绪论

1.1 有机一无机杂化钙钛矿材料简介

从近代到现在短短的几百年间，人类社会的发展实现了巨大的飞跃，人们的物质世界得到了巨大的繁荣。但在这繁荣却是以数不尽数的化石能源的消耗为代价的。巨量的化石能源为社会的发展注入了不可或缺的动力，但却也引发了一系列的环境问题。且由于化石能源不可再生，近年来，已经在全世界的范围内引发了能源危机和环境危机。因此开发循环可再生的清洁能源已经成为全世界各国各地区的共识。其中取之不近，用之不竭的清洁能源太阳能正受到越来越多的关注。这对于解决上述问题具有重要意义^[1,2,3]。太阳能电池发展至今，大致可以分为三代：第一代是以单晶硅，多晶硅为代表的硅基太阳能电池；第二代是以铜铟镓硒化物 (CIGC)和碲化镉（CdTe)为代表的薄膜太阳能电池；第三代是基于纳米技术及新型材料的新型太阳能电池^[4,5]。第三代太阳能电池具有成本低、工艺简单、环境友好等特点，由此得到了大家的关注，而其中的有机－无机杂化钙钛矿太阳能电池被评论为“光伏领域的明日之星^[6]”。

有机-无机钙钛矿材料是一种由有机组分和无机组分形成的，具有多量子肼结构的晶体材料。它是一种典型的长程有序晶体材料，它以无机组分为骨架与有机组分有序的牢牢结合在一起，这使得这种材料同时具备有机/无机两种材料的性能特点。无机组分因为分子间离子键/共价键的作用，使其具有高的迁移率，稳定的机械性能和高的热稳定性；有机组分则使其具有良好的可塑性和结构可变性，从而使其具有很好的自组装和成膜性。并且，二则之间的结合又使其在光、电、磁等方面具备了一些新的性能，而这些性能又可以通过改变有机/无机组分之间的比例来调控^[7]。

在1884年，H.Topsoe合成了具有这种杂化钙钛矿结构的材料^[8]，但由于相关的研究、技术不成熟，使得这种材料在之后几十年时间内都没有受到重视。随着其独特自组装二维量子阱结构，及其在电、磁和热力学等领域的深入的研究，直至上世纪80年代末，Ishihara T.等人才发现碘化铅杂化钙钛矿体系具有较大激子结合能，和优良的非线性光学性^[5]。自从L．Thorn等人1991年在J．Am．Chem．Soc上报道了多层有机/无机杂化钙钛矿(RNH₃)₂(MeNH₃)_n-1Pbl3_{n l}结构后，杂化钙钛矿材料开始在光电领域受到重视^[9]。之后，IBM实验室在Nature和Science杂志上报道了两类层有机／无机杂化钙钛矿(C₄H₉NH₃)₂(CH₃NH₃)_n-lSnI_{3n l}和[NH₂C(I)=NH₂]₂(CH₃NH₃)_mSn_mI_{3m 2}的结构^[7,10],随着n(或m)值的增加，这类化合物的能带间隙(Eg)减少，材料逐步由半导体向金属转变。这种杂化钙钛矿材料具有很好的自组装性能，而且可以人工调控结构和性能，这使得这类材料在光电领域中具有巨大的应用前景。