有機金屬鹵化物鈣鈦礦結(jié)構(gòu)太陽能電池是一種以全固態(tài)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)作為吸光材料的太陽能電池。這種
材料制備工藝簡單， 成本較低。鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)通式為ABX3，其中A為有機陽離子，B為金屬離子，X
為鹵系基團。該結(jié)構(gòu)中， 金屬B原子位于立方晶胞體心處， 鹵素X原子位于立方體面心， 有機陽離子A位于
立方體頂點位置(圖1)。相比于以共棱、共面形式連接的結(jié)構(gòu)， 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，有利于缺陷的擴
散遷移。
圖一鈣鈦礦ABX3結(jié)構(gòu)示意圖
在用于高效太陽能電池的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，A位通常為HC(NH2)2+(簡稱FA+)或者CH3NH3+(簡
稱MA+)等有機陽離子， 其主要作用是在晶格中維持電荷平衡，但A離子的尺寸大小可以改變能隙的大
小。當(dāng)A離子半徑增大， 點陣擴張， 導(dǎo)致能隙相應(yīng)變小， 吸收邊發(fā)生紅移， 從而獲得更大的短路電流和
16%左右的高電池轉(zhuǎn)換效率，金屬離子B通常為Pb離子，Pb具有良好的穩(wěn)定性，但由于有毒性，因此也
常被Ge，Sn，T答代。 以Sn為例，Sn-X-Sn鍵角大干Pb，能隙更窄，ASnX3表現(xiàn)出很高的開路電壓和良
好的光電特性，電壓損失很小。但在同一族元素中， 原子序數(shù)越小，元素穩(wěn)定性越差。 為了解決穩(wěn)定性問
題， 將Pb與Sn按一定比例結(jié)合， 降低Sn帶來的不穩(wěn)定性， 同時又獲得較高的轉(zhuǎn)換效率。鹵素其團X通堂
為礎(chǔ)，退和氣 其中帶有碘其團的鈣鈦礦大陽能電池在力學(xué)性能上(如彈性強度筆)不如帶有浪其團的
電池。電子吸收光譜由CI至I依次拓寬，能隙的紅移也逐次增加。 這是由于隨著原子量的升高， 元素電負(fù)性
變?nèi)酰?與金屬離子B成鍵中的共價作用增強。 ABX3型的有機-無機鹵化物在不同溫度下具有不同的結(jié)構(gòu)。
鈣鈦礦太陽能電池的基本構(gòu)造通常為襯底材料/導(dǎo)電玻璃(鍍有氧化物層的基片玻璃)/電子傳輸層(一
氧化鈦)1鈣鈦礦吸收層(空穴傳輸層)/金屬陰極(圖2)。
圖二：兩種典型的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖
(a) 介觀結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池
(b)平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池
入射光透過玻璃入射以后， 能量大于禁帶寬度的光子被吸收， 產(chǎn)生激子， 隨后激子在鈣鈦礦吸收層分
離，變?yōu)榭昭ê碗娮硬⒎謩e注入傳輸材料中。 其中空穴注入是從鈣鈦礦材料進入到空穴傳輸材料中，電子
注入是從鈣鈦礦材料進入到電子傳輸材料(通常為二氧化鈦薄膜)中。其于此， 鈣鈦礦有兩米結(jié)構(gòu):介觀
結(jié)構(gòu)和平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。 介觀結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池是基于染料敏化太陽能電池(DSSCs)發(fā)展起來的，
和DSSCs的結(jié)構(gòu)相似: 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)納米晶附著在介孔結(jié)構(gòu)的氧化物(如TO2)骨架材料上，空穴傳輸材
料沉積在其表面，三者共同作為空穴傳輸層(圖2(a))。在這種結(jié)構(gòu)中，介孔氧化物(TO2)既是骨華
材料， 也能起到傳輸電子的作用。 平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)將鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料分離出來， 夾在空穴傳輸材料和電子
傳輸材料中間(圖2(b))。激子在夾芯的鈣鈦礦材料中分離， 這種材料可同時傳輸空穴和電子。
鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的晶體學(xué)取向也會影響電池效率。 Docampo等研究發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)提高溶液的浸泡溫度。
或者在CH3NH3I和PbCI2混合后進行后續(xù)熱外理，得到的電池短路電流更大，轉(zhuǎn)換效率更高。而這個過程
發(fā)生的改變就是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的長軸方向趨向于與基底平行， 形成各向異性。 這種各向異性越明顯，電池性
能越好，因此研究鈣鈦礦材料的晶體學(xué)取向也是獲得優(yōu)異性能的重點方向之一。
