1. 研究目的与意义
钙钛矿太阳能电池的研究现状及发展趋势：
21世纪以来，人口急剧增长，能源和环境问题日益明显。目前人们主要消耗的是不可再生能源，例如煤、石油、天然气等化石燃料，而未来人类还需要大量的能源，所以人类正在积极开发新能源，太阳能作为一种清洁能源，且具有分布广泛、可持续再生、对环境友好等特点，因太阳电池可利用光生伏特效应将太阳能转化成电能，使其成为解决人类能源需求最具潜力的途径之一。
钙钛矿太阳能电池的结构主要是由金属电极、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和透明电极五部分组层。在当前对钙钛矿太阳能电池的研究中，电子传输层采用的材料通常是tio2，也有一些其他的像金属氧化物、有机小分子、和复合材料等。空穴传输层通常采用spiro-ometad 和聚噻吩类材料。钙钛矿吸收层采用ch3nh3pbi3等钙钛矿结构的卤化物。透明电极一般采用fto和ito导电玻璃。金属电极采用au、ag或石墨烯材料。
空穴传输层：位于钙钛矿吸收层和金属电极之间，用来传输钙钛矿吸收层产生的空穴，并阻隔电子，是电子和空穴分离，同时改善钙钛矿吸收层和金属电极之间的接触，提高钙钛矿电池的性能。空穴传输层对钙钛矿电池稳定性的影响，首先也是最重要地，在于其能否有效地隔离空气中湿气进入电池内部. 只有阻挡空气中湿气对钙钛矿材料的侵蚀和降解，钙钛矿电池才可能保持稳定.这一点对正置结构电池尤其重要.其次，空穴传输层的基本功能是阻挡电子、抽取和传输空穴；空穴传输层完成这三项基本功能的质量也直接影响电池稳定性。
钙钛矿吸收层：钙钛矿的英文名是以发现该矿物的矿物学家perovskite的名字命名的，其结构通式为abx3，在钙钛矿晶体中，离子a位于立方晶胞的中心，12 个离子 x 与其形成立方八面体结构；离子b位于立方晶胞的顶点，与6个离x形成八面体，a 离子为“ 1 价”的有机阳离子，最常见的为 ch3nh3 ；b 离子为“ 2 价”的金属阳离子，主要有 pb2 和 sn2 ；x离子为卤族阴离子，即 i-、cl- 和 br-。
电子传输层：电子传输层可将太阳光照射钙钛矿吸收层而产生的光生电子剥离出来，传输到电池负极，并阻挡空穴向金属电极方向运动。电子传输层与空穴传输层能平衡载流子在各功能层内的传输，使传输更高效。此外，电子传输层可起到框架的作用，缩短扩散距离，降低电子与空穴的复合率。
当太阳光由透明电极一侧照射至钙钛矿太阳能电池后，能量小于电子传输层带隙大于钙钛矿吸收层带隙的光子将钙钛矿吸收层的价带的电子激发至导带，产生光生电子空穴对，此时的电子-空穴对称为激子。激子扩散到界面处分离，形成自由空穴和自由电子。由于钙钛矿材料独特的性质，自由电子和空穴会分别沿着相应的传输层通道进行传输，最后到达相应的电极。电子和空穴到达电极后分别被金属电极和透明电极收集，完成光电转换过程。
研究进展：1839年俄罗斯矿物学家von perovski首次发现，钙钛矿存在于乌拉尔山的变质岩中，目前已有数百种此类矿物质奇家族成员从导体到绝缘体范围极为广泛。2008年文献报道中帕克课题组和gratzel课题组合作，开发制备了tda用它作为空缺传输层，使得钙钛矿太阳能电池的能量转换效率分别达到了3%和10%后来借助参杂技术将其电导率被提高了一个数量级，使得固态燃料敏化太阳能电池的转换效率高达7.2%。2012年标准测试条件下能量转化率达到9.7%同时该器件显示出几号的稳定性，卫风装旗舰存放500小时候光伏性能未明显衰减。2013年以钙钛矿材料作为染料以htm做空血传输层的钙钛矿太阳能电池取得了12.3%的能量转换率。钙钛矿太阳能电池经过几年的发展，性能得到了极大的提升，同时性能还有较大的提升空间，通过采用优化钙钛矿薄膜的形貌和制备方法、开发和优化空穴传输材料、界面优化和构筑新型电池结构等方面的措施，可以提高其性能。当前研究人员致力于对平面异质太阳能电池的界面优化，提高钙钛矿电池的性能，拓展其应用；构筑新型的电池结构也是研究人员研究的而主要方向，通过这样的方式提升钙钛矿太阳能电池的性能。
未来趋势：钙钛矿太阳电池具有良好的电荷传输性能，该类太阳电池具有制备工艺简单。光电转换效率高，成本低等优点，研发潜力巨大，后期大面积推广前景广阔。未来钙钛矿太阳电池的大规模产业化应用的主要研究方向应集中在以下方面：紫外线、水蒸气、氧气等因素严重影响钙钛矿太阳能电池的稳定性，未来对钙钛矿电池来说保证高效率的前提下提高电池面积是至关重要的。
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2. 研究内容和问题
研究内容：
（1）钙钛矿太阳能电池的基本结构及各部分应用。
（2）钙钛矿太阳能电池的工作原理。
（3）钙钛矿太阳能电池的制作工艺。
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3. 设计方案和技术路线
本课题采用以实验研究为主，并结合理论分析的研究方法。为顺利完成课题的研究目标，拟采用如下的技术路线：
（1）查阅有关文献和资料，掌握钙钛矿太阳能电池制备的方法。
（2）本课题以实验为重点，采用溶液法中的一步法将CH3NH3I和PbI2的混合溶液涂覆后加热转化为钙钛矿膜，进而制备成钙钛矿太阳能电池。
（3）通过改变元件，使用阳离子系统，提高钙钛矿电池的效率。
4. 研究的条件和基础
（1）指导老师有相关横向课题做支撑，有丰富的知识和经验。
（2）实验室有必要的实验条件和实验器材。
（3）本专业学生有相关专业物理基础，有一定的计算机操作能力。
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