随着离子半径从 Cl-到 Br-和 I-逐步增加，晶格常数也变大，Pb 卤化物的电子吸收波长也 逐渐变长。随着研究，人们发现随着 Cl-到 I-的带隙红移现象是卤离子和铅的结合键价电 荷增加的结果。这意味着卤离子的电负性减少。有趣的是，结合了两种卤元素的钙钛矿（如 碘溴和溴氯）能够连续的调整带隙，覆盖整个可见光光谱[23]。从另一方面来说，在碘溴混合 钙钛矿中没有观察到明显的带隙变化，意味着在 PbI6 八面体中加入 Cl 是十分困难的。

1。4 钙钛矿电池与其他电池的比较

对于钙钛矿太阳能电池而言，最显著的特点就是在完全光照下有着超高的开路电压。太 阳能电池的基本机理就是吸收光子后太阳能和电能之间的单向转化。对于照耀在电池上的太 阳光的宽光谱而言，小于能隙的光子是不被吸收的。所有在高能带上激发的光电子都会在导 带上得到释放，将能量转化为热量。太阳能电池能够产生的最高电压，即开路电压，反映了 能从任何被吸收的光子中提取出的最大能量；而在电池里所有能产生电流的光子中，能量最 低的光子的电势能和完全光照下开路电压的电势能之间的区别就可以用基础能量损失来衡 量，或者称之为“电位丢失”[9,24]。

由于热动力学的限制，这个最小损失能量在 250-300mV 的数量级之间（取决于带隙）。 能产生自由移动载流子的被吸收能量最低的光子取决于 IPCE 光谱的起始位置， 对于 CH3NH3Pb(I1-xClx)3 而言，这个起始位置大约是 1。55eV（800nm）。考虑到电位丢失最小大约 450meV，最好的钙钛矿电池的开路电压超过 1。1V[24]。

如果将开路电压和光学带隙（以 IPCE 光谱的起始位置估计）作比，可以大概比较太阳 能电池中不同吸收层的基础损失。将这个能量作为唯一的评判标准，我们会发现钙钛矿太阳 能电池表现良好，排名第四，仅次于 GaAs，晶体硅和硒化铜铟镓太阳能电池。尤其需要注意 的是，钙钛矿的基础损失大约是 0。59eV，已经小于 CdTe，是目前为止商业上最为成功的薄膜

本科毕业设计说明书 第 7 页 电池，有记载的效率记录达到了 19。6%。我们要注意到对于一个工作的太阳能电池而言，最 相关的效率应该是在最大功率点上的效率。但是，Vmpp 深受电池制作时的缺陷影响，可能

会导致很高的串联电阻和很低的并联电阻[25]。因此，随着太阳能电池制造工艺的提升，Vmpp 应该会得到很大程度的提高[26]。

1。5 钙钛矿太阳能电池的研究前沿

优化钙钛矿太阳能电池主要集中在三个方向：器件结构优化、电池界面优化和新材料的 设计合成。接下来介绍一些应用较为广泛的方式。

1。5。1 用 Al2O3 替代 TiO2 多孔层

无极半导体敏化的太阳能电池最近正成为焦点[27,28]。只有 2-10nm 厚的超薄吸收层（ETA） 被覆盖在介孔 TiO2 电极的内表面，并与电解液或者一个固体空穴导体相接触。这样的器件达 到了 6。3%的能量转化效率[28]。但是，ETA 这个概念正因为相当低的 Voc 而备受困扰。问题可 能出在电子无序状态且迁移率较低的 n 型 TiO2 上[29]。钙钛矿是相对来说未曾很好开发的替代 品，它提供了一个将有机和无机组成物结合成为分子形态的复合物的框架。在仔细考虑了有 机和无机元素以及对于可调节大小的晶体单元的适当控制[30]，初步的湿式化学制备法可以用 于创造新的有趣的材料。Era，Mitzi 和他们的同事发现[31,32]，相对于无定形硅而言，基于有 机卤化物的层状钙钛矿作为发光二极管和晶体管的表现非常好[33]。有机卤化物钙钛矿在以液 体电极为基的光电化学电池中作为敏化剂，达到了 3。5%-6。5%的能量转化效率[15,34]。最近，一 个 CsSnI3 钙钛矿在固态 DSSCs 中成为了一个有效的空穴导体，实现了高达 8。5%的能量转化 效率[35,36]。