钙钛矿太阳能电池（PSCs）的核心材料是**钙钛矿吸光层**，其通式为 **ABX₃**（A、B为阳离子，X为阴离子），并需搭配电子传输层（ETL）、空穴传输层（HTL）、电极和封装材料等。以下是关键材料分类及作用： --- ### **1. 钙钛矿吸光层材料** - **化学组成**： - **A位**：有机阳离子（如甲胺离子 CH₃NH₃⁺/MA⁺、甲脒离子 HC(NH₂)₂⁺/FA⁺）或无机阳离子（如铯离子 Cs⁺）。 - **B位**：二价金属离子（如 Pb²⁺、Sn²⁺）。 - **X位**：卤素阴离子（如 I⁻、Br⁻、Cl⁻）。 - **典型材料**： - **MAPbI₃**（甲胺铅碘）：最早实现高效率（>20%）的材料，但稳定性差。 - **FAPbI₃**（甲脒铅碘）：带隙更优，效率更高（>25%），但易发生相变。 - **混合型钙钛矿**（如 (FA,MA,Cs)Pb(I,Br)₃）：通过组分调控提高稳定性和效率。 - **无铅钙钛矿**（如 Sn²⁺、Bi³⁺基材料）：环保替代品，但效率较低（<15%）。 --- ### **2. 电荷传输层材料** #### **（1）电子传输层（ETL）** - **功能**：提取电子并阻挡空穴。 - **常用材料**： - **氧化物**：TiO₂（需高温烧结）、SnO₂（低温制备，高效稳定）、ZnO（易降解钙钛矿）。 - **有机材料**：PCBM（富勒烯衍生物，柔性器件常用）、C₆₀。 #### **（2）空穴传输层（HTL）** - **功能**：提取空穴并阻挡电子。 - **常用材料**： - **有机材料**：Spiro-OMeTAD（高效但昂贵）、PTAA（聚三芳胺）、PEDOT:PSS（柔性器件）。 - **无机材料**：NiOₓ（稳定性高）、CuSCN（低成本）。 --- ### **3. 电极材料** - **透明导电电极（TCO）**： - **FTO**（氟掺杂氧化锡）：耐高温，用于刚性器件。 - **ITO**（铟掺杂氧化锡）：柔性器件常用，但易弯曲失效。 - **金属电极**： - **金（Au）**：高稳定性，但成本高。 - **银（Ag）**：常用，但可能迁移导致器件退化。 - **碳电极**：低成本，适合无空穴传输层结构。 --- ### **4. 界面修饰材料** - **作用**：减少缺陷、提升电荷提取效率。 - **典型材料**： - **钝化剂**：PEAI（苯乙胺碘）、2D钙钛矿（如 BA₂PbI₄）。 - **能级调控层**：LiF、MoO₃。 --- ### **5. 封装材料** - **功能**：隔绝水氧，延长器件寿命。 - **常用材料**： - **玻璃/金属箔**：刚性封装。 - **聚合物**：环氧树脂、聚烯烃（柔性器件）。 - **原子层沉积（ALD）薄膜**：Al₂O₃、SiO₂超薄保护层。 --- ### **材料选择的关键挑战** 1. **效率与稳定性平衡**：如FAPbI₃效率高但易相变，需通过组分工程（如添加Cs⁺/Br⁻）稳定。 2. **铅毒性问题**：无铅材料（如Sn²⁺、双钙钛矿Cs₂AgBiBr₆）效率仍需突破。 3. **成本控制**：替代Spiro-OMeTAD等昂贵HTL材料。 --- ### **前沿研究方向** - **全无机钙钛矿**（如CsPbI₃）：高热稳定性。 - **2D/3D异质结**：结合2D钙钛矿的稳定性与3D钙钛矿的高效率。 - **柔性器件材料**：低温制备ETL/HTL（如SnO₂纳米晶）和柔性电极（如银纳米线）。 如需更具体的某类材料细节（如无铅替代或界面工程），可进一步探讨！