有机无机卤化物钙钛矿太阳能电池:从基本原理到器件

第1章　杂化卤化钙钛矿的分子移动和晶体结构动力学 1
Jarvist M.Frost，Aron Walsh
　1.1　引言 1
　1.2　钙钛矿 1
　1.3　一般的晶体结构 3
　　1.3.1　正交晶相（T＜165K） 4
　　1.3.2　四方晶相（165～327K） 4
　　1.3.3　立方晶相（T＞327K） 4
　　1.3.4　从甲铵到甲脒阳离子 5
　1.4　分子运动 5
　1.5　离子传输 7
　1.6　介电效应 8
　1.7　小结 10
　参考文献 10

第2章　有机卤化物钙钛矿薄膜和界面的**性原理模型 13
Edoardo Mosconi，Thibaud Etienne，Filippo De Angelis
　2.1　引言 13
　2.2　对锡基和铅基钙钛矿建立可靠的计算协议 14
　2.3　TiO2/有机卤化物钙钛矿结点界面中氯的重要性 15
　2.4　PbI2修饰的TiO2/MAPI异质结电子耦合 17
　2.5　MAPI薄膜沉积在ZnO上热力学的不稳定性调查 19
　2.6　MAPI中的缺陷迁移及其对MAPI/TiO2界面的影响 21
　2.7　MAPI和水的非均质界面：钙钛矿被水降解的暗示 26
　参考文献 33

第3章　太阳能电池的*大转换效率和开路电压 38
Wolfgang Tress
　3.1　地面太阳能电池的*大转换效率 38
　　3.1.1　热力学与黑体辐射 38
　　3.1.2　基于半导体的光伏发电 40
　　3.1.3　开路电压的辐射极限 42
　　3.1.4　Shockley-Queisser极限 44
　3.2　带隙 46
　　3.2.1　起始吸收波长和亚带隙厄巴赫尾（Urbach tail） 46
　　3.2.2　调整带隙和串联器件 46
　3.3　非辐射复合 48
　　3.3.1　电致发光的量子效率 48
　　3.3.2　确定复合机制 49
　　3.3.3　电荷传输层的作用 53
　参考文献 54

第4章　CH3NH3PbX3（X=I，Br，Cl）钙钛矿的物理缺陷 58
Yanfa Yan，Wan-Jian Yin，Tingting Shi，Weiwei Meng，Chunbao Feng
　4.1　引言 58
　4.2　计算细节 59
　4.3　结论和讨论 61
　　4.3.1　CH3NH3PbX3钙钛矿缺陷能级的一般趋势 61
　　4.3.2　计算内在点缺陷的转移能量 62
　　4.3.3　计算内在点缺陷的形成能 63
　　4.3.4　计算表面状态 66
　　4.3.5　计算晶界状态 68
　　4.3.6　CH3NH3PbI3的掺杂特性 72
　4.4　结论 75
　参考文献 76

第5章　有机-无机钙钛矿的离子导电性：长时间和低频行为的相关性 79
Giuliano Gregori，Tae-Youl Yang，Alessandro Senocrate，Michael Gratzel，Joachim Maier
　5.1　引言 79
　　5.1.1　钙钛矿太阳能电池的电容异常 79
　　5.1.2　离子迁移的证据 80
　　5.1.3　离子和电子传输特性的实验说明 82
　5.2　方法：直流极化和交流阻抗谱 82
　5.3　CH3NH3PbI3的电荷传输表征 86
　　5.3.1　阻抗光谱 86
　　5.3.2　化学计量极化 87
　　5.3.3　开路电压测量 88
　　5.3.4　决定电导率的离子种类 89
　5.4　化学扩散系数和化学电容 91
　　5.4.1　化学计量极化和表观介电常数 92
　　5.4.2　I-V扫描过程中的迟滞效应 94
　　5.4.3　模拟材料性能的电路 96
　5.5　结束语 97
　参考文献 97

第6章　杂化钙钛矿太阳能电池中的离子迁移 101
Yongbo Yuan，Qi Wang，Jinsong Huang
　6.1　引言 101
　6.2　固态材料中的离子迁移 103
　6.3　有机三卤素钙钛矿薄膜中的离子迁移 104
　　6.3.1　OTP薄膜中的移动离子是什么 104
　　6.3.2　固体钙钛矿薄膜中的流动离子形成及其迁移通道 108
　6.4　离子迁移对光伏效率和稳定性的影响 110
　6.5　抑制稳定OTP太阳能电池的离子迁移 113
　6.6　结论 116
　参考文献 116

第7章　杂化有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的阻抗特性 120
Juan Bisquert，Germà Garcia-Belmonte，Antonio Guerrero
　7.1　引言 120
　7.2　充电电容和迟滞效应 122
　7.3　铁电性能 127
　7.4　钙钛矿太阳能电池的电容性质：黑暗电容 129
　7.5　电容-电压，掺杂，缺陷和能级图 131
　7.6　瞬态光电压和光电流 135
　　7.6.1　开路电压衰减 135
　　7.6.2　瞬态电流与充电 135
　　7.6.3　小扰动照明方法：瞬态光电压和电荷提取 138
　7.7　电极上的反应和降解 140
　7.8　光能力 143
　7.9　结论 144
　参考文献 145

第8章　有机金属卤化物钙钛矿中的电子传输 149
Francesco Maddalena，Pablo P.Boix，Chin Xin Yu，Nripan Mathews，Cesare Soci，Subodh Mhaisalkaro
　8.1　引言 149
　8.2　杂化钙钛矿中电荷传输的理论研究 150
　8.3　杂化钙钛矿中的电荷载流子扩散长度 153
　8.4　FET和LED器件中的载流子迁移率 154
　8.5　离子漂移、极化和缺陷的作用 157
　8.6　极化的电荷载流子 159
　8.7　新型钙钛矿材料的传输 160
　8.8　总结和结论 163
　参考文献 164

第9章　甲铵铅碘和甲脒铅碘太阳能电池：从敏化到平面异质结 166
Jin-Wook Lee，Hu-i Seon Kim，Nam-Gyu Park
　9.1　引言 166
　9.2　CH3NH3PbI3的光学性质和能带结构 169
　9.3　液态电解质中的敏化钙钛矿量子点 172
　　9.3.1　前驱体浓度对光电流的影响 172
　　9.3.2　由乙铵阳离子调整带隙 173
　9.4　固态CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的**种形式 174
　9.5　钙钛矿薄膜制备的可控方法 176
　9.6　基于甲脒铅碘的钙钛矿太阳能电池 179
　　9.6.1　加合物法制备FAPI钙钛矿薄膜 179
　　9.6.2　FAPI基钙钛矿太阳能电池的光伏性能 180
　　9.6.3　FAPI基钙钛矿的稳定性 184
　9.7　总结 188
　参考文献 188

第10章　迟滞特性和器件稳定性 192
Ajay Kumar Jena，Tsutomu Miyasaka
　10.1　引言 192
　10.2　影响迟滞的参数 193
　　10.2.1　器件结构和工艺参数 193
　　10.2.2　测试和预测试条件 197
　10.3　迟滞现象的起源机制 200
　　10.3.1　钙钛矿的铁电性质 201
　　10.3.2　界面载流子动力学 203
　　10.3.3　离子迁移 205
　　10.3.4　陷阱态 206
　10.4　迟滞现象、稳定的功率输出和稳定性 208
　10.5　结论 212
　参考文献 213

第11章　从太阳光中产生燃料的钙钛矿太阳能电池 217
Jingshan Luo，Matthew T.Mayer，Michael Gratzel
　11.1　概述 217
　　11.1.1　能源需求、全球变暖和存储需求 217
　　11.1.2　太阳能燃料的产生和利用 218
　　11.1.3　太阳能到燃料（STF）转换的基本原则 218
　　11.1.4　太阳能燃料的产生中，钙钛矿作为光能捕获材料的优点 219
　11.2　钙钛矿光伏驱动的光解水 219
　　11.2.1　单电池驱动光解水 220
　　11.2.2　两个串联器件的钙钛矿电池驱动光解水 221
　　11.2.3　独立水分解的两个串联照明吸收体叠层 222
　　11.2.4　理想的双吸收系统 226
　11.3　CO2还原 227
　11.4　讨论与展望 230
　　11.4.1　系统设计与工程 230
　　11.4.2　稳定性问题和解决办法 230
　　11.4.3　展望 230
　参考文献 231

第12章　平面倒置结构的钙钛矿太阳能电池 234
Jingbi You，Lei Meng，Ziruo Hong，Gang Li，Yang Yang
　12.1　引言 234
　12.2　平面结构 235
　12.3　倒置的平面结构 236
　　12.3.1　提高倒置平面太阳能电池效率的薄膜生长 238
　　12.3.2　空穴传输层的界面工程 239
　　12.3.3　电子传输层的界面工程 240
　　12.3.4　平面结构的稳定性 241
　　12.3.5　电子传输层对稳定性的影响 241
　　12.3.6　空穴传输层对稳定性的影响 243
　　12.3.7　钙钛矿材料的稳定性 243
　　12.3.8　倒置平面结构太阳能电池中的迟滞效应 244
　12.4　结论和未来的展望 245
　参考文献 246

第13章　柔性钙钛矿太阳能电池 248
Byeong Jo Kim，Hyun Suk Jung
　13.1　引言 248
　13.2　柔性器件中钙钛矿材料的物理性能 249
　　13.2.1　钙钛矿材料对塑料基太阳能电池的优势 249
　　13.2.2　柔性钙钛矿太阳能电池的机械耐受性 250
　13.3　柔性钙钛矿太阳能电池的研究进展 251
　　13.3.1　n-i-p结构的柔性钙钛矿太阳能电池 253
　　13.3.2　p-i-n结构的柔性钙钛矿太阳能电池 254
　　13.3.3　金属基柔性钙钛矿太阳能电池 255
　13.4　商业化柔性钙钛矿太阳能电池的新兴技术 257
　　13.4.1　纤维状钙钛矿太阳能电池 257
　　13.4.2　超轻柔性钙钛矿太阳能电池 258
　13.5　总结 260
　参考文献 260

第14章　钙钛矿太阳能电池的无机空穴传输材料 262
Seigo Ito
　14.1　引言 262
　14.2　CuI 和CuSCN 269
　14.3　Cu2O和CuO 273
　14.4　NiO 273
　14.5　钼氧化物（MoOx） 276
　14.6　碳材料 276
　14.7　结论 278
　参考文献 278