钙钛矿太阳能电池结构是怎样的？

以下是关于钙钛矿太阳能电池结构的介绍，如果有兴趣了解更多相关的内容，请下载原文进行阅读。

狭义的钙钛矿指CaTiO3这种矿物，广义的钙钛矿指具有钙钛矿结构的ABX3型化合物。

钙钛矿电池中的钙钛矿层通常指有机/无机金属卤化物ABX3。其中A代表一价有机或无 机阳离子（如甲胺离子CH3NH3 +、铯离子Cs+、铷离子Rb+等）；B代表二价金属阳离 子（如铅离子Pb2+、锡离子Sn2+、锗离子Ge2+）；X代表一价卤素阴离子（如溴离子 Br-、碘离子I -、氯离子Cl-）。

钙钛矿电池的工作原理与晶硅电池类似。光生电动势的物理过程为：钙钛矿吸光层吸 收光子之后，电子吸收能量从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。电子与空穴对在吸 光层内部迅速分开，分别通过电子传输层（ETL）、空穴传输层(HTL)输送到阴极、阳 极，随着电子和空穴在阳极和阴极堆积，两极之间产生光生电动势，进而产生光电流。

钙钛矿太阳能电池可分为单节太阳能电池和叠层太阳能电池两种技术路线。

单节钙钛矿太阳能电池：主要由电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层、空穴传输层（HTL）以及电极组成。钙钛矿太阳能电池结构可以分为正式结构（n-i-p）和倒 置结构（p-i-n）两种类型，其中n代表电子传输层（ETL），i代表钙钛矿吸光层，p代表空穴传输层（HTL）。

ETL：电子传输层，必须满足与钙钛矿层良好接触，使得电子在传输过程中的潜在势垒降低，并且在完成电子传输的同时阻止空穴向阴极传输；目前多采用介孔层 结构，采用TiO2或Al2O3，还可起到结构支撑作用。

HTL：空穴传输层，需要与钙钛矿层有良好的异质结接触界面，减少空穴传输过程中的潜在势垒，完成空穴传输的同时阻止电子向阳极移动。空穴传输层可以为有 机物（比如spiro-OMeTAD小分子材料），也可以为无机化合物（比如碘化铜、氧化镍等）。

n-i-p结构中，可包含致密层结构（一般为TiO2、ZrO2或其他金属化合物 ），主要起收集与传输电子和阻挡空穴的作用，其厚度可以对电池性能产生重要影响。

透明电极：一般选用商业化的ITO（氧化铟锡）或者FTO氧化物（氟掺杂氧化锡）导电玻璃。其在可见光波段的透光率高达80-90%、导电能力强、功函数合适。

钙钛矿层是光吸收层，吸收光并产生电子空穴对，通常为有机金属卤化物。

叠层太阳能电池：单节钙钛矿电池的效率具备一定的上限，效率不能超过31%，而多节电池组成的叠层电池克服了这一极限，可进一步提高电池的效率。

一方面，钙钛矿材料的带隙可调，适合与其他太阳能电池材料构建成为叠层太阳能电池。

比如钙钛矿太阳能电池能更有效地利用高能量的紫外和蓝绿可见光，异质结电池可以有效地利用钙钛矿材料较少吸收的红外光。

叠层电池扩展了吸收光波段，并且由于底部电池吸收了高能量的光子，使得顶层电池的热弛豫损失大大降低。

通过钙钛矿电池与异质结电池叠层方式组合，可以突破传统晶硅电池理论效率极限，进一步提升太阳能电池的转换效率。

另一方面，通过改进电池的涂层和抗反射层，并去除缺陷和杂质，钙钛矿/晶硅叠层电池的效率有望进一步提高。

考虑到制备工艺的简单及效率的提升，行业内对两节叠层电池结构制备较为关注。

两个子电池分别为窄带隙和宽带隙，不同带隙与所吸收的波段能量匹配，减少光子热损耗，从而大幅提高太阳电池的转换效率。

四端叠层结构是由两个完整的电池组成，底部电池一般为宽带隙电池，顶部电池一般为窄带隙电池，两个电池通过简单的机械堆叠构成。但两电池间有空气间隔， 因此电池转化效率会有损失。产业界仅有试验性的尝试，未进入中试阶段。

两端叠层结构也是由两个不同带隙的电池组成，两个电池通过中间复合层由化学方法串联在一起，1）减少一层透明导电电极的制备；2）良品率由于单片电池面 积的减小而有所上升；3）理论极限上限相对更高。