有機(jī)無(wú)機(jī)鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池：從基本原理到器件

第1章　雜化鹵化鈣鈦礦的分子移動(dòng)和晶體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué) 1
Jarvist M.Frost，Aron Walsh
　1.1　引言 1
　1.2　鈣鈦礦 1
　1.3　一般的晶體結(jié)構(gòu) 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　從甲銨到甲脒陽(yáng)離子 5
　1.4　分子運(yùn)動(dòng) 5
　1.5　離子傳輸 7
　1.6　介電效應(yīng) 8
　1.7　小結(jié) 10
　參考文獻(xiàn) 10

第2章　有機(jī)鹵化物鈣鈦礦薄膜和界面的第一性原理模型 13
Edoardo Mosconi，Thibaud Etienne，F(xiàn)ilippo De Angelis
　2.1　引言 13
　2.2　對(duì)錫基和鉛基鈣鈦礦建立可靠的計(jì)算協(xié)議 14
　2.3　TiO2/有機(jī)鹵化物鈣鈦礦結(jié)點(diǎn)界面中氯的重要性 15
　2.4　PbI2修飾的TiO2/MAPI異質(zhì)結(jié)電子耦合 17
　2.5　MAPI薄膜沉積在ZnO上熱力學(xué)的不穩(wěn)定性調(diào)查 19
　2.6　MAPI中的缺陷遷移及其對(duì)MAPI/TiO2界面的影響 21
　2.7　MAPI和水的非均質(zhì)界面：鈣鈦礦被水降解的暗示 26
　參考文獻(xiàn) 33

第3章　太陽(yáng)能電池的最大轉(zhuǎn)換效率和開(kāi)路電壓 38
Wolfgang Tress
　3.1　地面太陽(yáng)能電池的最大轉(zhuǎn)換效率 38
　　3.1.1　熱力學(xué)與黑體輻射 38
　　3.1.2　基于半導(dǎo)體的光伏發(fā)電 40
　　3.1.3　開(kāi)路電壓的輻射極限 42
　　3.1.4　Shockley-Queisser極限 44
　3.2　帶隙 46
　　3.2.1　起始吸收波長(zhǎng)和亞帶隙厄巴赫尾（Urbach tail） 46
　　3.2.2　調(diào)整帶隙和串聯(lián)器件 46
　3.3　非輻射復(fù)合 48
　　3.3.1　電致發(fā)光的量子效率 48
　　3.3.2　確定復(fù)合機(jī)制 49
　　3.3.3　電荷傳輸層的作用 53
　參考文獻(xiàn) 54

第4章　CH3NH3PbX3（X=I，Br，Cl）鈣鈦礦的物理缺陷 58
Yanfa Yan，Wan-Jian Yin，Tingting Shi，Weiwei Meng，Chunbao Feng
　4.1　引言 58
　4.2　計(jì)算細(xì)節(jié) 59
　4.3　結(jié)論和討論 61
　　4.3.1　CH3NH3PbX3鈣鈦礦缺陷能級(jí)的一般趨勢(shì) 61
　　4.3.2　計(jì)算內(nèi)在點(diǎn)缺陷的轉(zhuǎn)移能量 62
　　4.3.3　計(jì)算內(nèi)在點(diǎn)缺陷的形成能 63
　　4.3.4　計(jì)算表面狀態(tài) 66
　　4.3.5　計(jì)算晶界狀態(tài) 68
　　4.3.6　CH3NH3PbI3的摻雜特性 72
　4.4　結(jié)論 75
　參考文獻(xiàn) 76

第5章　有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦的離子導(dǎo)電性：長(zhǎng)時(shí)間和低頻行為的相關(guān)性 79
Giuliano Gregori，Tae-Youl Yang，Alessandro Senocrate，Michael Gratzel，Joachim Maier
　5.1　引言 79
　　5.1.1　鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電容異常 79
　　5.1.2　離子遷移的證據(jù) 80
　　5.1.3　離子和電子傳輸特性的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 82
　5.2　方法：直流極化和交流阻抗譜 82
　5.3　CH3NH3PbI3的電荷傳輸表征 86
　　5.3.1　阻抗光譜 86
　　5.3.2　化學(xué)計(jì)量極化 87
　　5.3.3　開(kāi)路電壓測(cè)量 88
　　5.3.4　決定電導(dǎo)率的離子種類 89
　5.4　化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)和化學(xué)電容 91
　　5.4.1　化學(xué)計(jì)量極化和表觀介電常數(shù) 92
　　5.4.2　I-V掃描過(guò)程中的遲滯效應(yīng) 94
　　5.4.3　模擬材料性能的電路 96
　5.5　結(jié)束語(yǔ) 97
　參考文獻(xiàn) 97

第6章　雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的離子遷移 101
Yongbo Yuan，Qi Wang，Jinsong Huang
　6.1　引言 101
　6.2　固態(tài)材料中的離子遷移 103
　6.3　有機(jī)三鹵素鈣鈦礦薄膜中的離子遷移 104
　　6.3.1　OTP薄膜中的移動(dòng)離子是什么 104
　　6.3.2　固體鈣鈦礦薄膜中的流動(dòng)離子形成及其遷移通道 108
　6.4　離子遷移對(duì)光伏效率和穩(wěn)定性的影響 110
　6.5　抑制穩(wěn)定OTP太陽(yáng)能電池的離子遷移 113
　6.6　結(jié)論 116
　參考文獻(xiàn) 116

第7章　雜化有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的阻抗特性 120
Juan Bisquert，Germà Garcia-Belmonte，Antonio Guerrero
　7.1　引言 120
　7.2　充電電容和遲滯效應(yīng) 122
　7.3　鐵電性能 127
　7.4　鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電容性質(zhì)：黑暗電容 129
　7.5　電容-電壓，摻雜，缺陷和能級(jí)圖 131
　7.6　瞬態(tài)光電壓和光電流 135
　　7.6.1　開(kāi)路電壓衰減 135
　　7.6.2　瞬態(tài)電流與充電 135
　　7.6.3　小擾動(dòng)照明方法：瞬態(tài)光電壓和電荷提取 138
　7.7　電極上的反應(yīng)和降解 140
　7.8　光能力 143
　7.9　結(jié)論 144
　參考文獻(xiàn) 145

第8章　有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦中的電子傳輸 149
Francesco Maddalena，Pablo P.Boix，Chin Xin Yu，Nripan Mathews，Cesare Soci，Subodh Mhaisalkaro
　8.1　引言 149
　8.2　雜化鈣鈦礦中電荷傳輸?shù)睦碚撗芯?150
　8.3　雜化鈣鈦礦中的電荷載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度 153
　8.4　FET和LED器件中的載流子遷移率 154
　8.5　離子漂移、極化和缺陷的作用 157
　8.6　極化的電荷載流子 159
　8.7　新型鈣鈦礦材料的傳輸 160
　8.8　總結(jié)和結(jié)論 163
　參考文獻(xiàn) 164

第9章　甲銨鉛碘和甲脒鉛碘太陽(yáng)能電池：從敏化到平面異質(zhì)結(jié) 166
Jin-Wook Lee，Hu-i Seon Kim，Nam-Gyu Park
　9.1　引言 166
　9.2　CH3NH3PbI3的光學(xué)性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu) 169
　9.3　液態(tài)電解質(zhì)中的敏化鈣鈦礦量子點(diǎn) 172
　　9.3.1　前驅(qū)體濃度對(duì)光電流的影響 172
　　9.3.2　由乙銨陽(yáng)離子調(diào)整帶隙 173
　9.4　固態(tài)CH3NH3PbI3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的第一種形式 174
　9.5　鈣鈦礦薄膜制備的可控方法 176
　9.6　基于甲脒鉛碘的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 179
　　9.6.1　加合物法制備FAPI鈣鈦礦薄膜 179
　　9.6.2　FAPI基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光伏性能 180
　　9.6.3　FAPI基鈣鈦礦的穩(wěn)定性 184
　9.7　總結(jié) 188
　參考文獻(xiàn) 188

第10章　遲滯特性和器件穩(wěn)定性 192
Ajay Kumar Jena，Tsutomu Miyasaka
　10.1　引言 192
　10.2　影響遲滯的參數(shù) 193
　　10.2.1　器件結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù) 193
　　10.2.2　測(cè)試和預(yù)測(cè)試條件 197
　10.3　遲滯現(xiàn)象的起源機(jī)制 200
　　10.3.1　鈣鈦礦的鐵電性質(zhì) 201
　　10.3.2　界面載流子動(dòng)力學(xué) 203
　　10.3.3　離子遷移 205
　　10.3.4　陷阱態(tài) 206
　10.4　遲滯現(xiàn)象、穩(wěn)定的功率輸出和穩(wěn)定性 208
　10.5　結(jié)論 212
　參考文獻(xiàn) 213

第11章　從太陽(yáng)光中產(chǎn)生燃料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 217
Jingshan Luo，Matthew T.Mayer，Michael Gratzel
　11.1　概述 217
　　11.1.1　能源需求、全球變暖和存儲(chǔ)需求 217
　　11.1.2　太陽(yáng)能燃料的產(chǎn)生和利用 218
　　11.1.3　太陽(yáng)能到燃料（STF）轉(zhuǎn)換的基本原則 218
　　11.1.4　太陽(yáng)能燃料的產(chǎn)生中，鈣鈦礦作為光能捕獲材料的優(yōu)點(diǎn) 219
　11.2　鈣鈦礦光伏驅(qū)動(dòng)的光解水 219
　　11.2.1　單電池驅(qū)動(dòng)光解水 220
　　11.2.2　兩個(gè)串聯(lián)器件的鈣鈦礦電池驅(qū)動(dòng)光解水 221
　　11.2.3　獨(dú)立水分解的兩個(gè)串聯(lián)照明吸收體疊層 222
　　11.2.4　理想的雙吸收系統(tǒng) 226
　11.3　CO2還原 227
　11.4　討論與展望 230
　　11.4.1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程 230
　　11.4.2　穩(wěn)定性問(wèn)題和解決辦法 230
　　11.4.3　展望 230
　參考文獻(xiàn) 231

第12章　平面倒置結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 234
Jingbi You，Lei Meng，Ziruo Hong，Gang Li，Yang Yang
　12.1　引言 234
　12.2　平面結(jié)構(gòu) 235
　12.3　倒置的平面結(jié)構(gòu) 236
　　12.3.1　提高倒置平面太陽(yáng)能電池效率的薄膜生長(zhǎng) 238
　　12.3.2　空穴傳輸層的界面工程 239
　　12.3.3　電子傳輸層的界面工程 240
　　12.3.4　平面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 241
　　12.3.5　電子傳輸層對(duì)穩(wěn)定性的影響 241
　　12.3.6　空穴傳輸層對(duì)穩(wěn)定性的影響 243
　　12.3.7　鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性 243
　　12.3.8　倒置平面結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池中的遲滯效應(yīng) 244
　12.4　結(jié)論和未來(lái)的展望 245
　參考文獻(xiàn) 246

第13章　柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 248
Byeong Jo Kim，Hyun Suk Jung
　13.1　引言 248
　13.2　柔性器件中鈣鈦礦材料的物理性能 249
　　13.2.1　鈣鈦礦材料對(duì)塑料基太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì) 249
　　13.2.2　柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的機(jī)械耐受性 250
　13.3　柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展 251
　　13.3.1　n-i-p結(jié)構(gòu)的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 253
　　13.3.2　p-i-n結(jié)構(gòu)的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 254
　　13.3.3　金屬基柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 255
　13.4　商業(yè)化柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的新興技術(shù) 257
　　13.4.1　纖維狀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 257
　　13.4.2　超輕柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 258
　13.5　總結(jié) 260
　參考文獻(xiàn) 260

第14章　鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的無(wú)機(jī)空穴傳輸材料 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　鉬氧化物（MoOx） 276
　14.6　碳材料 276
　14.7　結(jié)論 278
　參考文獻(xiàn) 278