钙钛矿太阳能电池基本原理

钙钛矿太阳能电池是目前比较热门的研究对象，国内外很多课题组从事于这方面的研究。该类型电池的光吸收层材料为钙钛矿结构，因此被命名为钙钛矿太阳能电池。材料的禁带宽度可以通过改变组成物质的种类及比例来调控，能覆盖的光谱吸收范围宽至红外波段，同时具备载流子扩散距离长和迁移率高的优点。器件的光电转换效率从2009年报道的3.8%到如今的最高25.2%。在生产工艺上，能通过溶液旋涂法进行低温制备，整体制造成本较低，并且可以制备柔性器件。兼具上述优势，钙钛矿电池凭借其无比卓越的光电性质和前景巨大的发展空间得到了全世界的研究人员的认可，可以说是站在了太阳能电池舞台的中央。

 

钙钛矿太阳能电池基本原理是光生伏特效应，器件的工作机制总体可以被划分为五个过程：

1、光子吸收过程：受到太阳光辐射时，电池的光吸收层材料吸收光子产生受库仑力作用束缚的电子-空穴对，即激子。

 

2、激子扩散过程：激子产生后不会停留在原处，会在整个晶体内运动。激子的扩散长度足够长，激子在运动过程发生复合的几率较小，大概率可以扩散到界面处。

 

3、激子解离过程：钙钛矿材料的激子结合能小，在钙钛矿光吸收层与传输层的界面处，激子在内建电场的作用下容易发生解离，其中电子跃迁到激发态，进入LUMO能级，解除束缚的空穴留在HOMO能级，进而成为自由载流子。

 

4、载流子传输过程：激子解离后形成的自由载流子，其中自由电子通过电子传输层向阴极传输，自由空穴通过空穴传输层向阳极传输。

 

5、电荷收集过程：自由电子通过电子传输层后被阴极层收集，自由空穴通过空穴传输层后被阳极层收集，两极形成电势差。电池与外加负载构成闭合回路，回路中形成电流。