一、太阳能电池的必要性及发展趋势

近些年来能源和环境问题日益严重，为了解决这一问题，人们把目光投向了开发和利用新能源上。传统的硅基太阳能电池虽然产业化得以实现，市场也较为成熟，但它的性价比还是无法与传统的能源相竞争，并且在制造过程中的能耗和污染问题也影响了其广泛的应用。所以研究发展低成本、高效率的新型太阳能电池就变得十分的必要。在众多的新型太阳能电池中，钙钛矿薄膜太阳能电池在近两年内脱颖而出，吸引了许多科研工作者的兴趣和关注。

以新式钙钛矿作为原料制造出的太阳能电池，能将大约太阳光的一半直接转化为电力，是目前的2倍，因此只需要一半太阳能电池就可以提供等量的电力，这将会大大减少安装的成本，从而使总成本得到显著的下降。不同于传统太阳能电池的材料，新材料是不需要电场来产生电流的，这就会减少很多所需材料的总量，产生的电压也就更高，从而能够增加能量的产出，且新材料也能够更好地对可见光做出反应，这对太阳能电池的意义非常重大。但钙钛矿太阳能电池面市之前还有许多问题需要解决，比如钙钛矿的储存量并不是很充足。

太阳能电池的相关应用已从航天领域、军事领域进入到商业、工业、家用电器、通信、公用设施以及农业等部门，尤其可以分散在高山、海岛、边远地区、农村和沙漠使用，用以节省造价高昂的输电线路。但是在现阶段它的成本需求还是很高，从长远的角度看，随着改进太阳能电池的制造技术和光--电转换装置新的发明，各个国家对可再生清洁能以及对环境保护的巨大需求，太阳能电池仍然将是一个利用太阳辐射能较可行的方法，可以为人类将来大规模地使用太阳能开辟了广阔的前景。

二、甲铵铅卤薄膜制备太阳能电池的可行性   

太阳能电池的制造以预清洗过的ITO膜的玻璃作为基板，使用的电阻是20V/sq的薄层电阻。第一步，在30秒内将ZnO纳米颗粒薄层以3千rpm旋涂在基材上。重复该程序三次，获得连续光滑的薄膜。将碘化铅溶液溶解在460mg/ml的N,N-二甲基甲酰胺中，然后以3千rpm旋涂到ZnO的顶部30s。放置空气中干燥，几分钟后，将衬底浸到CH₃NH₃I中10mg/ml的2-丙醇溶液中40s，而后在清洁的空气中干燥。接下来，spiro-OMeTAD基空穴传输层全部溶解于1ml的氯苯中，在4千rpm转数中被沉积通过旋涂30s。最终，一个厚150nm的银层，在基本压力下，通过热蒸发沉积。含有钙钛矿结构的卤化甲胺铅，具有很好的光学性质，其制备也极其方便廉价且制备工艺稳定，但是其稳定性还有待提高，主要是因为CH3NH3PbI3 在空气中还不太稳定，使得制备出的太阳能电池的长期稳定性还得不到保障，可以通过一定封装技术来解决，目前这方面的研究还比较少。

我们通过实验发现，已知碘化铅在12.7°有一个（001）面的峰，根据这个标准甲胺铅溴的XRD图中12.7°左右没有出现峰，说明60°为基底时没有碘化铅。 钙钛矿则是在14.08°有一个（110）的峰，60°为基底时其有反应，但是反应较慢，然后在80°时反应开始变快，100°时反应最快，最终在140°时开始分解。和碘化铅标准谱图库进行对比后，发现其峰向左偏移，15min时碘化铅依然存在，15min后出现了一个小峰。甲胺铅碘、甲胺铅溴和甲胺铅一溴二碘，由于后两者区别不大我们重点分析前两者。15min时两者都有出现但不标准，可看作是生成了一种混合物。120min后全部反应完，有6个峰相对应，则可以肯定生成了甲胺铅溴，说明溴可以将碘替换。60min时没有峰与之对应，说明此时替换不完全，随着溴的掺入和时间的增加，溴替换出的碘越来越多，120min后溴将碘完全替换出。甲胺铅氯的XRD

经校正后分析，随着时间的延长在60min和120min时碘化铅逐渐分解产生了一种掺杂结构，它既不是甲胺铅碘也不是甲胺铅氯。根据钙钛矿14.08°在（110）面上的峰和28.6°在（220）面上峰的偏移情况来看，最开始生成了氯碘化铅的类似结构，15min后生成了部分甲胺铅碘和甲胺铅氯，之后又都消失。120min时碘化铅重新出现，说明碘化铅被分解出来。

三、结论

有机金属卤化物钙钛矿是太阳能电池应用的基础，并且是非常有前途的材料之一。由于钙钛矿光谱的广泛吸光度、并在低温情况下处理、又是低成本材料，所以它是低成本太阳能电池的一种很有前途的材料。为了使制造变得更容易，我们采用了两步合成钙钛矿的方法：玻璃基板上旋涂一层金属卤化物(例PbI₂),然后加卤铵盐(如甲基碘化铵,甲基溴化铵)。在这种方法中,加热使固体粉末在管式设备内转化为气相,然后沉积到基板上。由实验得出氯化铅被观察到可以比碘化铅生成更均匀的薄膜，所以导致它被广泛的应用，而且报告显示，钙钛矿薄膜的扩散长度也会增加费用的消耗。预计其他金属卤化物的前体准备将通过真空蒸发或溶液处理的方式，这些也与我们的LPCVD方法兼容。详细结论如下：

（一）、从膜厚的角度分析，反应过程中所有薄膜厚度都是先增加后减少，膜厚的增加我们认为是层状结构的碘化铅被插层导致，在反应的过程中插入了碘甲胺或溴甲胺的分子。插层后持续反应，薄膜厚度又变薄，原因是高温下反应，由于基底很热，结构发生了坍塌，变得更加致密。

（二）、通过对薄膜XRD的分析，发现Br₂比Cl₂更容易把I₂置换出来，在碘化铅与氯甲胺的反应过程中，甲胺铅碘的结构发生了畸变，生成了一种新物质，这种物质既不是甲胺铅碘也不是甲胺铅氯。

（三）、通过对实验条件的优化，我们得出结论，10～30min是甲胺铅碘反应的最优时间段。因为在这个时间范围内，碘化铅刚好反应完全且没有开始进行分解。

（四）、根据薄膜的吸收，判断出甲胺铅溴的吸收是一种黄色薄膜，这种物质不太适合作为吸光层，因为吸光层需要的是深色物质，但是可以考虑作为一种叠层结构。由于甲胺铅氯的吸收一直是棕色薄膜，所以可以作为光的吸收层。

参考文献

【1】、研究报告《钙钛矿太阳能电池的研究进展》By MaterialsViews2014年04月28日 

【2】、方应翠.《真空镀膜原理与技术》.科学出版社.第一版.2014年.第200页

【3】、方应翠.《真空镀膜原理与技术》.科学出版社.第一版.2014年.第201页

【4】、ETGAR L, GAO P, XUE Z, et al. Mesoscopic CH3NH3PbI3/TiO2 heterojunction solar cells [J]. J AmChem Soc, 2012, 134(42): 17396-17399.