1、目的及意义

近几年，因为传统的化石能源不仅储量有限、不可再生，而且在使用过程中还会给环境带来巨大的污染的原因，当代能源问题和环境问题日益严峻，人们迫切的寻求一种丰富的可再生和清洁的能源。太阳能电池作为一种清洁可再生的能源正受到越来越多的关注，对于解决能源危机具有重要的意义。^[1]而在太阳能电池中钙钛矿(ABC₃)太阳能电池，因其生产工艺简单，成本低廉，光电转化效率较高^[8,9]而引起了广泛关注，成为太阳能电池领域研究的热点。这种新型的太阳能电池最早在2009年由日本的Miyasaka研究组提出^[10]，光电转化效率为3.8%，随着钙钛矿太阳能电池的技术越来越成熟，光电转化效率由开始发现时的3.8%增长到了如今的22.1%。^{[11,13,14,15]}随着电池效率纪录不断被刷新，更多关于钙钛矿电池的研究成果不断涌现， 内容涵盖结构设计、工作机理、制备工艺各个方面的优化。其中我校武汉理工大学程一兵团队在钙钛矿光伏组件的制备技术上已经取得了实质性突破，这标志着武汉在这项“诺奖级”的技术上走在了世界前列。

有机-无机铅卤化物基钙钛矿太阳能电池被认为是最有前途的第三代光伏技术之一，因为在这几年的重点研究工作中，他们已经提出了认证的效率超过22%。高性能，连同较低的制造成本，使该技术可与先进的薄膜光伏竞争^[4]。然而，钙钛矿太阳能电池存在着阻碍其商业化的一些显著缺点，其中包括与市售硅基光伏器件（26.6％）相比性能较低，在高水平和高温度下的低稳定性容忍度，铅-阳离子毒性和滞后效应破坏了设备的性能和长期稳定性^[6]。而最近研究发现，解决上述缺点的一种有效方法是在器件的构建块中引入等离子体金属和稀土元素上转换纳米粒子^[5]。

在介孔型钙钛矿太阳能电池中，金属纳米颗粒的掺入可以有效地利用其表面局域等离子体效应和远场的散射效应提高钙钛矿太阳能电池的光捕获能力，进而提升钙钛矿太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率。^[12,21]同时金属纳米颗粒的结构、尺寸、形状不同，对太阳光的捕获能力也各有差异。因为银纳米材料，有良好的导电性、化学稳定性、高塑性和抗氧化性等多种优点,同时与其它银纳米结构相比，银纳米片具有奇特的光学性质，有利于提高钙钛矿太阳能电池的光捕获能力。^[22] 并且目前，国内外研究人员通过调整钙钛矿太阳能电池的电子传输层，通过将银纳米片纳入紧凑的 TiO₂ 层内, 形成了光滑致密的钙钛矿中介层，改善了钙钛矿太阳能电池的薄膜形貌、电子萃取和传输性能。并且研究发现，在 TiO₂ 层中嵌入足够数量的银纳米片后，就能获得了较高的电子移动性和长期稳定性，从而提高了钙钛矿太阳能电池的效率^[2,7]。为此本文主要研究介孔层混合银纳米片浓度对电池效率的影响，通过实验寻求最优混合浓度以提高钙钛矿太阳能电池的光电性能。

2、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

一、基本内容和目标

钙钛矿有两类结构：介观结构和平面异质结结构。^[3]而我们实验要用到的正是介观结构钙钛矿太阳能电池。它的结构为：钙钛矿结构纳米晶附着在介孔结构的氧化物(如TiO₂)骨架材料上，空穴传输材料沉积在其表面，三者共同作为空穴传输层。在这种结构中，介孔氧化物(TiO₂)既是骨架材料。也能起到传输电子的作用。并且在这种结构中介孔氧化物骨架有不少的空隙，因此我们可以在其中适当加入银纳米片，提高电池效率。我们通过实验制备介观结构钙钛矿太阳能电池和银纳米片，并且将银纳米片混合到电池的介孔层中，观察介孔层混合银纳米片不同浓度对电池效率的影响情况，寻求得提高钙钛矿太阳能电池的光电性能最优的混合浓度。

二、技术方案及措施

1 制备银纳米片

制备银纳米片的方法有很多种，如光诱导化学还原法^[16]、快速还原沉淀法^[17]、软模板法^[18]和热沉积法^[19]、超声辐射法^[20]等。在众多制备方法中，光诱导化学还原法与快速还原沉淀法因其方法简单、设备要求相对较低，成为众多实验室研究的重点，也是我们采用的主要制备方法。

2 制备介观结构钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池的基本构造通常为衬底材料/导电玻璃(镀有氧化物层的基片玻璃)/电子传输层(二氧化钛)/钙钛矿吸收层(空穴传输层)/金属阴极。^[7]一般地，整个钙钛矿太阳能电池（PSC)制备工艺是按顺序进行逐层沉积。首先在电极基底上沉积上电子传输层，进而沉积上钙钛矿层和空穴传输层，最后采用热蒸发的方式沉积上贵金属电极。而目前钙钛矿层的沉积方法可以大致归为四类：一步溶液沉积法，两步连续溶液沉积法，双源气相沉积法，气相辅助沉积法。因此在实验中我们采用两步连续溶液法制备介孔结构PSC钙钛矿层的。

3 在钙钛矿太阳能电池中介孔层混合银纳米片

在钙钛矿太阳能电池中介孔层混合不同的银纳米片浓度，观察电池效率，寻找最优的混合浓度。

4、参考文献

[1] 白宇冰，王秋莹，吕瑞涛，等．钙钛矿太阳能电池研究进展[J]．科学通报， 2016．61(4)：489-500．

[2] 莫博，阚彩侠，柯善林，等．银纳米片的研究进展[J]．物理化学学报，2012， 28(11)：2511-2524．

[3] 张玮皓，彭晓晨，冯晓东．钙钛矿太阳能电池的研究进展[J] ．电子元件与材料，2014，33(8)：7-11．

[4] Snaith H J. Perovskites: The Emergence ofa New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells[J]. Journal of PhysicalChemistry Letters, 2013, 4(21):3623-3630.

[5] Kakavelakis G, Petridis K, Kymakis E.Recent advances in plasmonic metal and rare-earth-element upconversionnanoparticle doped perovskite solar cells[J]. Journal of Materials ChemistryA, 2017, 5(41):21604-21624.

[6] 吴苗苗, 刘世强, 陈浩，等. 超卤素掺杂立方相卤化物钙钛矿太阳能电池材料第一性原理研究[J]. 化学学报, 2018,76(1):49-54.

[7] AbateS Y, Wu W T, Pola S, et al. Compact TiO₂ films with sandwiched Agnanoparticles as electron-collecting layer in planar type perovskite solarcells: improvement in efficiency and stability[J]. Rsc Advances, 2018, 8(14):7847-7854.

[8] 郭旭东, 牛广达, 王立铎. 高效率钙钛矿型太阳能电池的化学稳定性及其研究进展[J]. 化学学报, 2015, 73(3):211-218.

[9] 王娜娜, 司俊杰, 金一政,等. 可溶液加工的有机-无机杂化钙钛矿:超越光伏应用的“梦幻”材料[J]. 化学学报, 2015, 73(3):171-178.

[10] KojimaA, Teshima K, Shirai Y, et al. Organometal halide perovskites asvisible-light sensitizers for photovoltaic cells[J]. Journal of the AmericanChemical Society, 2009, 131(17):6050.

[11] GreenM A, Ho-Baillie A, Snaith H J. The emergence of perovskite solar cells[J].Nature Photonics, 2014, 8(7):506-514.

[12] 郭立雪, 费成斌, 李波,等. Ag@TiO₂纳米颗粒等离激元效应增强钙钛矿太阳能薄膜电池性能[J]. 硅酸盐学报, 2016, 44(10):1393-1400.

[13] JeonN J, Noh J H, Kim Y C, et al. Solvent engineering for high-performanceinorganic-organic hybrid perovskite solar cells.[J]. Nature Materials,2014,13(9):897.

[14] KimH S, Lee C R, Im J H, et al. Lead Iodide Perovskite SensitizedAll-Solid-State Submicron Thin Film Mesoscopic Solar Cell with EfficiencyExceeding 9%[J]. Scientific Reports, 2012, 2(8):591.

[15] TangH, He S, Peng C. A Short Progress Report on High-Efficiency Perovskite SolarCells[J]. Nanoscale Research Letters, 2017, 12(1):410.

[16] WuX, Redmond P L, Liu H, et al. Photovoltage mechanism for room lightconversion of citrate stabilized silver nanocrystal seeds to largenanoprisms.[J]. Journal of the American Chemical Society, 2008,130(29):9500-6.

[17] 赖文忠, 赵威, 杨容,等. 用双还原法制备三角形银纳米片及其光学性能[J]. 物理化学学报, 2010, 26(4):1177-1183.

[18] AndS C, Carroll D L. Synthesis and Characterization of Truncated TriangularSilver Nanoplates[J]. Nano Letters, 2002, 2(9):1003-1007.

[19] SunY, Mayers B, Xia Y. Metal Nanostructures with Hollow Interiors[J]. AdvancedMaterials, 2003, 15(7-8):641-646.

[20] YangG W, Li H. Sonochemical synthesis of highly monodispersed and sizecontrollable Ag nanoparticles in ethanol solution[J]. Materials Letters,2008, 62(14):2189-2191.

[21] Liu Z, Zhou H, Lim Y S, et al. Synthesisof silver nanoplates by two-dimensional oriented attachment.[J]. Langmuir, 2012,28(25):9244-9249.

[22] SherryL J, Jin R, Mirkin C A, et al. Localized surface plasmon resonancespectroscopy of single silver triangular nanoprisms[J]. Nano Letters, 2006,6(9):2060.