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钙钛矿材物 121 尤梓沣 121944 钙钛矿( Perovskite ) 化学组成: CaO % , TiO2 % 。概述: 钙钛矿一般为立方体或八面体形状, 具有光泽, 浅色到棕色。它们可用于提炼钛、铌和稀土元素, 但必须是大量聚集时才有开采价值。类质同象混入物有 Na、 Ce、 Fe、 Nb。常成副矿物见于碱性岩中;有时在蚀变的辉石岩中可以富集,主要与钛磁铁矿共生。钙钛矿复合氧化物具有独特的晶体结构, 尤其经掺杂后形成的晶体缺陷结构和性能, 或可被应用在固体燃料电池、固体电解质、传感器、高温加热材料、固体电阻器及替代贵金属的氧化还原催化剂等诸多领域, 成为化学、物理和材料等领域的研究热点标准钙钛矿中A或B 位被其它金属离子取代或部分取代后可合成各种复合氧化物, 形成阴离子缺陷或不同价态的 B 位离子, 是一类性能优异、用途广泛的新型功能材料。钙钛矿是一种陶瓷氧化物, 此类氧化物最早被发现者, 是存在于钙钛矿石中的钛酸钙( CaTiO3 ) 化合物, 目前用的都是人为作出的, 因此没有资源耗尽的问题, 再加上这类材料制程简便, 成本可以大幅下降, 商用潜力无限。钙钛矿型太阳能电池是继染料敏化之后的又一新型有机/ 无机薄膜太阳能电池。钙钛矿材料晶格通常呈或八面体形状,分子通式为 ABO3 。钙钛矿太阳电池采用有机无机混合结晶材料——有机金属三卤化物 CH3NH3PbX3 ( X=Cl, Br, I )作为光吸收材料,该材料具有合适的能带结构,其禁带宽度为 ,因与太阳光谱匹配而具有良好的光吸收性能,很薄的厚度能够吸收几乎全部的可见光用于光电转换。其中代表性的 CH3NH3PbIxCl3-x ( x=1 ,2,3 )是具有钙钛矿结构的自组装晶体,短链有机离子、铅离子以及卤素离子分别占据钙钛矿晶格的 A、B、X位置, 由此构成三维立体结构, 拥有近乎完美的结晶度。由于长链有序的 PbCl3- 或 PbI3- 八面体体系有利于电子的传输, 该材料具有非常优异的电子输运特性, 载流子扩散长度较传统有机半导体高出 1-2 个数量级,优异的材料性质为制备高效钙钛矿型薄膜太阳电池提供了基础。同时钙钛矿薄膜材料合成方法简易,既可以通过共蒸发法实现, 也可以通过低成本溶液加工法实现。与传统晶体硅太阳电池相比, 钙钛矿薄膜太阳电池具有高开路电压(> 1V)、低温低能耗(< 200 ℃)、适合于柔性衬底材料等优势, 可以兼顾效率和成本。钙钛矿太阳电池发展发展经历了敏化结构、介孔结构、柱状填充以及平面异质结等四个阶段。其中全固态平面异质结构具有制备工艺简单、转换效率高等特点。钙钛矿太阳电池结构源于染料敏化太阳电池, 早期钙钛矿太阳电池仍然需要多孔大比表面积的 TiO2 作为支撑结构。随着钙钛矿薄膜制备技术的进步,不再需要多孔 TiO2 薄膜吸附钙钛矿材料,可以采用致密 TiO2 薄膜甚至 ZnO 、 Al2O3 等材料替代 TiO2 ,使钙钛矿电池从染料敏化电池中独立出来, 由此形成的平面异质结构类似于硅电池的 pin 结构。 CH3NH3PbIxCl3-X 材料将入射光子转换为激子( 受弱库仑力的电子空穴对), 且同时具有传输电子与空穴的作用。电子和空穴在 TiO 2 与 CH3NH3PbIxCl3-X 形成的平面异质结分离,电子进入 T