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     鈣鈦礦太陽能電池是一種新型的光伏技術,其光電轉換效率已經達到了傳統硅基光伏電池的水平,同時具有更低的生產成本和更高的可擴展性。其核心材料是鈣鈦礦型的有機-無機金屬鹵化物,這種材料具有優異的光電性能和穩定性,是電池高效運作的關鍵。鈣鈦礦光伏電池的研究已經成為全球光伏領域的研究熱點之一, 未來有望在傳統光伏市場中發揮重要作用。

       麥克林提供各類鈣鈦礦試劑及其衍生產品，具有純度等級高、生產工藝先進、支持研發定制等特點，能被廣泛適用于各類科研項目、研究實驗中，歡迎選購。

       本文通過以下幾點介紹麥克林鈣鈦礦試劑的產品特性及相關應用：

        1.鈣鈦礦材料的定義

        2.鈣鈦礦太陽能電池的發展歷

        3.鈣鈦礦太陽能電池的結構和工作原理

        4.麥克林鈣鈦礦太陽能電池相關產品介紹

鈣鈦礦材料的定義

       鈣鈦礦結構是一種具有ABX3晶型的奇特結構，呈現出豐富多彩的物理性質包括絕緣體、鐵電、反鐵磁、巨磁/龐磁效應，著名的是具有超導電性。這種ABX3型鈣鈦礦結構以金屬原子為八面體核心、鹵素原子為八面體頂角、有機甲氨基團位于面心立方晶格頂角位置，這種有機鹵化物鈣鈦礦結構的特點是：
       （1）鹵素八面體共頂點連接，組成三維網絡，根據Pauling的配位多面體連接規則，此種結構比共棱、共面連接穩定。
       （2）共頂連接使八面體網絡之間的空隙比共棱、共面連接時要大，允許較大尺寸離子填入，即使產生大量晶體缺陷，或者各組成離子的尺寸與幾何學要求有較大出入時，仍然能夠保持結構穩定；并有利于缺陷的擴散遷移。

       鈣鈦礦太陽能電池的優點：
       （1）合適的直接帶隙：一般的帶隙約為1.5 eV，通過鹵族元素的替代可以調節禁帶寬度。
       （2）高的吸收系數：厚度為300 nm左右的鈣鈦礦材料便能吸收紫外到近紅外幾乎所有的光子。
       （3）優異的載流子運輸性能：優良的雙極輸運特性，CH3NH3PbI3中，電子和空穴的遷移率達到10cm2/(V·s)

鈣鈦礦太陽能電池的發展歷程

       2009年，Tsutomu Miyasaka等首次提出將CH3NH3PbI3 和CH3NH3PbBr3 (鈣鈦礦材料)制備成量子點(9-10 nm) 應用到太陽能電池中( 染料敏化太陽能電池，簡稱DSSC)。 研究在可見光范圍內，該類材料敏化TiO2的太陽能電池性能。最后，獲得了3.8%的光電效率^[1]。
       2011年， Nam-Gyu Park將實驗方案進行了改進與優化，制備的CH3NH3PbI3量子點達到2~3 nm，電池效率增加了一倍達到6. 54%。但是由于部分金屬鹵化物在液態電解質中發生溶解，很大程度上降低了電池的穩定性與使用壽命^[2]。為了解決這一問題，2012年Michael Grätzel 和 Nam-Gyu Park 將Spiro-OMeTAD作為有機空穴傳輸材料應用到鈣鈦礦電池中，鈣鈦礦電池穩定性和工藝重復性大大提高^[3]。2012年至2014年間，鈣鈦礦太陽能電池迎來了光電轉換效率的第一個快速上升期，從10%左右提升至15. 4%^[4,5]。

       Henry J. Snaith用氣相蒸發法制備了鈣鈦礦平面異質結電池，擺脫了復雜的納米結構，得到了效率高達15.4%的器件^[5]。

       2014年之后，為克服CH3NH3PbI3本征的不穩定性及對光的有限吸收，研究者們廣泛開展了鈣鈦礦材料的組分工程研究。韓國化學技術研究所的Seok等使用γ-丁內酯和二甲亞砜(DMSO)作為鈣鈦礦前驅體的混合溶劑，制備雙陰離子型CH3NH3Pb(I1-x Br)3(x=0.1-0.15)材料，最終的器件具有16.2%的認證效率并且無遲滯現象^[6]。之后，Eperon等通過改變有機陽離子成分，制備出HC(NH2)2PbI3(FAPbI3)，但純相的FAPbI3，結構不穩定，僅獲得了14.2%的效率^[7]。在此基礎上，2015年間，Seok小組引人少量MA+陽離子和Br陰離子等，以穩定FAPbI3的α相,將效率進一步提高到18%以上^[8]。

       2016年初，Grätzel小組將無機銫離子(Cs+ )添加進甲脒和甲基銨混合的鈣鈦礦之中,所制備的三陽離子鈣鈦礦熱穩定性更高、相雜質更少、對加工條件的敏感性更低，最終相應的器件獲得了21.1%的光電轉換效率^[9]。同年，他們將離子半徑略小于Cs+且穩定的陽離子銣(Rb+)嵌人到鈣鈦礦相中,同時保留FA作為多數陽離子，開發了4種組合RbFA、RbCsFA、RbMAFA和RbCsMAFA，制備出了具有優異性能的鈣鈦礦材料,器件實現了高達21.6%的穩定效率^[10]。隨著器件效率的穩步攀升,科學家們將更多注意力放在了器件中各功能層間的界面接觸和缺陷鈍化上。2018年,中國科學院半導體研究所的游經碧小組在FA-MA混合鈣鈦礦薄膜上使用有機鹵化鹽苯乙基碘化銨(PEAI)進行表面缺陷鈍化,將鈣鈦礦太陽能電池的認證效率提高至23.3%^[11]。

       目前，單結鈣鈦礦太陽能電池的最高認證效率已經達到了26.1%，由中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所、中國科學院光伏與節能材料重點實驗室潘旭研究員和田興友研究員團隊與韓國成均館大學Nam-Gyu Park教授、華北電力大學戴松元教授合作,成功在反式鈣鈦礦太陽電池研究方面取得新突破。研究團隊可視化了垂直方向上鈣鈦礦薄膜中的空間不均勻相分布，并提出了設備性能受外平面組分不均勻性限制的觀點。此外，團隊還發現A位組分之間不平衡的結晶和相變過程對FA-Cs相分離有重要影響。為解決這一問題，他們設計了一種策略，利用1-(苯磺酰基)吡咯（PSP）作為添加劑，延緩了FA-Cs鈣鈦礦的陽離子分離行為。經過PSP處理的p-i-n結構的器件實現了26.1%的最高效率（認證反向效率為25.8%和認證穩態效率為25.2%）。標志著中國科研團隊在單結鈣鈦礦太陽能電池研究領域繼續保持領先優勢^[12]。

鈣鈦礦太陽能電池的結構和工作原理

       介孔和平面結構是PSCs中兩種主要的器件結構。按照電荷傳輸層的沉積順序，其可進一-步分為正置結構(n-i-p) 和倒置結構(p-i-n)。

       鈣鈦礦層通過吸收太陽光來產生可以自由移動的電子和空穴，通過自身的傳輸到達與電荷傳輸層相連的界面，從而被電荷傳輸層提取和運輸到電極。但實際上，電荷在到達電極之前會經歷嚴重的不同種類的非輻射復合損失，從而成為開路電壓損耗的主要成因^[13,14]。

麥克林鈣鈦礦太陽能電池相關產品介紹

       麥克林提供純度高、含水量低的鈣鈦礦材料、電子傳輸層材料、空穴傳輸層材料、二氧化錫漿料及其他通用試劑，助力鈣鈦礦太陽能電池發展。

       麥克林鈣鈦礦太陽能電池相關產品優勢：

       1.結構新穎、品種繁多

       2.純度等級高

       3.生產工藝先進

       4.接受研發定制

有機-無機鈣鈦礦前體

鈣鈦礦材料及鈣鈦礦量子點

電子傳輸材料

空穴傳輸材料

載流子傳輸層添加劑

離子液體