光伏發電是*有希望代替化石燃料的能源之一。在未來的光伏產業中，有機-無機雜化的鈣鈦礦是非常具有前景的候選材料。本書英文原版的三位主編，都在該領域做出了傑出貢獻。

由三位傑出科學家引領，本書從鈣鈦礦太陽能電池的基本原理出發，介紹了從基本理論到器件工程的各方面內容。全書共14章：第1章和第2章描述了鹵化鈣鈦礦的基本原理；第3章介紹了器件的極限*轉化效率；第4章至第6章介紹了器件物理特性及鹵化鈣鈦礦中離子的遷移；第7章和第8章可以幫助讀者進一步理解鈣鈦礦中離子的遷移和抑制；第9章講述了如何利用器件和材料來獲得高效率的鈣鈦礦太陽能電池；第10章介紹了電流密度-電壓曲線的遲滯效應和穩定性；第11章介紹了鈣鈦礦太陽能電池的高電壓特性；第12章講述了鈣鈦礦在有機本體異質結類型的太陽能電池中的應用；第13章介紹了鹵化鈣鈦礦在制備柔性太陽能電池中的應用；第14章講述了無機空穴傳輸層對深入觀察器件內部結構的作用。

本書集中了大量與鈣鈦礦太陽能電池相關的前沿科研成果，可以為鈣鈦礦太陽能電池的研究者和技術開發者提供有益的參考和幫助。

英文原版三位主編：

    樸南圭（Nam-Gyu Park），韓國首爾成均館大學化學工程學院教授。2012年，與邁克爾·格蘭澤爾共同發明了固態鈣鈦礦敏化太陽能電池。2017年9月，因共同發現並應用鈣鈦礦材料實現有效的能源轉換，榮獲化學領域2017年度“引文桂冠獎”。

    邁克爾·格蘭澤爾（Michael Gr?tzel），瑞士洛桑聯邦理工學院光子學和界面實驗室教授。發明了染料敏化太陽能電池，並於2012年與樸南圭共同發明了固態鈣鈦礦敏化太陽能電池。他發表了超過900篇論文，同時也是50多篇專利的發明人。他的論文已被引用超過88 000次，成為了全世界論文引用次數排名前10的科學家之一。

    宮坂力（Tsutomu Miyasaka），日本化學家，桐蔭橫濱大學生物醫學工程學院光電化學與能源科學教授。在設計低溫溶液印刷工藝制造染料敏化太陽能電池和固態混合光伏（PV）電池方面做出突出貢獻，於2009年在世界上首次報道了鹵化的鈣鈦礦光電器件（鈣鈦礦太陽能電池）。2017年9月，因共同發現並應用鈣鈦礦材料實現有效的能源轉換，榮獲化學領域2017年度“引文桂冠獎”。

譯者：

    畢世青，2015年於北京化工大學取得博士學位，其研究方向為光伏電池器件中納米光電功能材料和準固態電解質的制備及應用；後於國家納米科學中心作博士後，繼續從事鈣鈦礦太陽能電池的工藝及界面修飾的研究；現任教於陝西榆林學院化學與化工學院。

第1章雜化鹵化鈣鈦礦的分子移動和晶體結構動力學                     1

Jarvist M.Frost，Aron Walsh

1.1引言                                                                   1

1.2鈣鈦礦                                                                 1

1.3一般的晶體結構                                                       3

1.3.1正交晶相（T＜165K）                                                4

1.3.2四方晶相（165～327K）                                              4

1.3.3立方晶相（T＞327K）                                                4

1.3.4從甲銨到甲脒陽離子                                                 5

1.4分子運動                                                               5

1.5離子傳輸                                                               7

1.6介電效應                                                               8

1.7小結                                                                 10

參考文獻                                                                   10



第2章有機鹵化物鈣鈦礦薄膜和界面的性原理模型                 13

Edoardo Mosconi，Thibaud Etienne，Filippo De Angelis

2.1引言                                                                 13

2.2對錫基和鉛基鈣鈦礦建立可靠的計算協議                               14

2.3TiO2/有機鹵化物鈣鈦礦結點界面中氯的重要性                           15

2.4PbI2修飾的TiO2/MAPI異質結電子耦合                                 17

2.5MAPI薄膜沉積在ZnO上熱力學的不穩定性調查                         19

2.6MAPI中的缺陷遷移及其對MAPI/TiO2界面的影響                       21

2.7MAPI和水的非均質界面：鈣鈦礦被水降解的暗示                         26

參考文獻                                                                   33



第3章太陽能電池的轉換效率和開路電壓                         38

Wolfgang Tress

3.1地面太陽能電池的轉換效率                                         38

3.1.1熱力學與黑體輻射                                                 38

3.1.2基於半導體的光伏發電                                             40

3.1.3開路電壓的輻射極限                                               42

3.1.4Shockley-Queisser極限                                           44

3.2帶隙                                                                 46

3.2.1起始吸收波長和亞帶隙阨巴赫尾（Urbach tail）                         46

3.2.2調整帶隙和串聯器件                                               46

3.3非輻射復合                                                           48

3.3.1電致發光的量子效率                                               48

3.3.2確定復合機制                                                     49

3.3.3電荷傳輸層的作用                                                 53

參考文獻                                                                   54



第4章CH3NH3PbX3（X=I，Br，Cl）鈣鈦礦的物理缺陷             58

Yanfa Yan，Wan-Jian Yin，Tingting Shi，Weiwei Meng，Chunbao Feng

4.1引言                                                                 58

4.2計算細節                                                             59

4.3結論和討論                                                           61

4.3.1CH3NH3PbX3鈣鈦礦缺陷能級的一般趨勢                             61

4.3.2計算內在點缺陷的轉移能量                                         62

4.3.3計算內在點缺陷的形成能                                           63

4.3.4計算表面狀態                                                     66

4.3.5計算晶界狀態                                                     68

4.3.6CH3NH3PbI3的摻雜特性                                           72

4.4結論                                                                 75

參考文獻                                                                   76



第5章有機-無機鈣鈦礦的離子導電性：長時間和低頻行為的相關性       79

Giuliano Gregori，Tae-Youl Yang，Alessandro Senocrate，Michael Gratzel，Joachim Maier

5.1引言                                                                 79

5.1.1鈣鈦礦太陽能電池的電容異常                                       79

5.1.2離子遷移的證據                                                   80

5.1.3離子和電子傳輸特性的實驗說明                                     82

5.2方法：直流極化和交流阻抗譜                                           82

5.3CH3NH3PbI3的電荷傳輸表征                                           86

5.3.1阻抗光譜                                                         86

5.3.2化學計量極化                                                     87

5.3.3開路電壓測量                                                     88

5.3.4決定電導率的離子種類                                             89

5.4化學擴散繫數和化學電容                                               91

5.4.1化學計量極化和表觀介電常數                                       92

5.4.2I-V掃描過程中的遲滯效應                                           94

5.4.3模擬材料性能的電路                                               96

5.5結束語                                                               97

參考文獻                                                                   97



第6章雜化鈣鈦礦太陽能電池中的離子遷移                         101

Yongbo Yuan，Qi Wang，Jinsong Huang

6.1引言                                                                 101

6.2固態材料中的離子遷移                                               103

6.3有機三鹵素鈣鈦礦薄膜中的離子遷移                                   104

6.3.1OTP薄膜中的移動離子是什麼                                       104

6.3.2固體鈣鈦礦薄膜中的流動離子形成及其遷移通道                       108

6.4離子遷移對光伏效率和穩定性的影響                                   110

6.5抑制穩定OTP太陽能電池的離子遷移                                 113

6.6結論                                                                 116

參考文獻                                                                 116



第7章雜化有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的阻抗特性             120

Juan Bisquert，Germà Garcia-Belmonte，Antonio Guerrero

7.1引言                                                                 120

7.2充電電容和遲滯效應                                                 122

7.3鐵電性能                                                             127

7.4鈣鈦礦太陽能電池的電容性質：黑暗電容                               129

7.5電容-電壓，摻雜，缺陷和能級圖                                       131

7.6瞬態光電壓和光電流                                                 135

7.6.1開路電壓衰減                                                     135

7.6.2瞬態電流與充電                                                   135

7.6.3小擾動照明方法：瞬態光電壓和電荷提取                             138

7.7電極上的反應和降解                        &nbs