碱土金属锡酸盐钙钛矿薄膜的可控制备、掺杂及物理性能研究
发布时间：2020-11-08 21:19
钙钛矿太阳能电池作为一种新型薄膜太阳能电池,具有光电转换效率高、成本低等优势,是当前新型太阳能电池领域的研究热点。目前,钙钛矿太阳能电池的吸光层仍以有机-无机复合卤素钙钛矿材料(甲胺铅碘:CH_3NH_3PbI_3)为主,该材料对环境水分的高度敏感性、潜在环境毒性极大限制了钙钛矿太阳能电池的应用。开发窄禁带、高稳定的全无机钙钛矿光吸收材料具有重要意义。碱土金属锡酸盐是一类典型的钙钛矿结构氧化物材料,具有禁带宽(3.18-4.5eV)、电阻大、高温稳定性好等特点,同时还有丰富的光学、电学、磁学特性,得到了广泛研究。特别的,其带隙可调特性使其非常适合作为钙钛矿太阳能的光吸收材料。然而国际上目前还没有这方面的研究报道。本论文重点探讨了金属掺杂碱土金属锡酸盐薄膜的制备方法及元素掺杂对其能带结构、光学/电学/磁学性能的影响规律,为其在钙钛矿太阳能电池器件中的应用奠定基础。本论文主要开展以下两方面工作:(1)Co掺杂SrSnO_3薄膜的可控制备及物理性能:采用脉冲激光沉积方法,在MgO单晶衬底上生长了SrSn_(1-x)Co_xO_3薄膜,考察了Co掺杂对SrSn_(1-x)Co_xO_3薄膜微观结构、形貌和光、电、磁学性能的影响规律。结果表明,通过脉冲激光沉积技术制备的SrSn_(1-x)Co_xO_3薄膜为外延薄膜,沿(100)方向取向生长,?扫描证明其为四方对称结构,表面平整致密;薄膜粗糙度随Co掺量增加而增加。在200-800 nm波长范围内,随Co掺量增加,薄膜光学透过率由95%降至56%;光学带隙由4.46 eV降至2.91 eV。表征了薄膜的介电及磁学性能,SrSn_(1-x)Co_xO_3薄膜的介电常数最高可达213.17(10 kHz,室温),且在室温下表现出明显铁磁特性,饱和磁化强度随Co含量增加由2.38 emu/g增加到12.49 emu/g。(2)Co掺杂BaSnO_3薄膜的制备及物理性能:采用脉冲激光沉积方法,在MgO单晶衬底上生长了BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜,研究了Co掺杂对BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜微观结构、形貌和光学性能的影响规律。结果表明,所得BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜沿(100)方向外延生长,?扫描证明其为四方对称结构。BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜表面平整致密,厚度约210 nm,膜层粗糙度随Co掺量增加而增加。在200-800 nm波长范围内,随Co掺杂含量增加,薄膜光学透过率由97%降至72%,光学带隙从3.23 eV降至2.31 eV。进一步构建了器件,研究了Co掺杂对BaSn_(1-x)Co_xO_3薄膜光电性能的影响规律,其中BaSn_(0.65)Co_(0.35)O_3薄膜的J-V曲线出现类似电池的特性,短路电流(J_(sc))和开路电压(V_(oc))分别为5.57 mA/cm~2和0.17 V,为其在钙钛矿太阳能电池器件中的应用奠定基础。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.2;TM914.42
【部分图文】：
层能级相匹配的钙钛矿光吸收层。通过多种表征手段的钙钛矿光吸收层对钙钛矿太阳能电池光电转换效太阳能电池的整体光电转换效率提供有力的理论和池简介国物理学家 Becquerel 发现在光照条件下，两片金属生微弱电压。就这样，光伏效应[3]被首次发现。但是能电池这一现象的认识一直处于停滞状态，直到 18体硒制备出第一块固态太阳能电池，当时的光电转有意义的现代太阳能电池则是在 1954 年，美国的 B体硅技术，采用掺杂的工艺制备出了半导体 PN 结池的光电转换效率迅猛提升，首次达到 6%[4]以上，其是在军事领域，从此属于太阳能电池的时代来临
碱土金属锡酸盐钙钛矿薄膜的可控制备、掺杂及物理性能研究以区别不同太阳能电池的负载输出能力。填充因子 FF 取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等，填充因子值始终小于 1。通常 Pmax对应的光电转换效率 η 用来描述太阳能电池的光电转换性能，也是评价太阳能电池性能的最重要指标，被定义为电池最大输出功率 Pmax与入射光功率（Pi）比值，即 η=Pmax/Pi。联系填充因子的公式，太阳能电池光电转换效率可表达为：η= Pmax·FF/Pi （1.2）太阳能光电转换效率检测的标准条件：测试温度为 25℃，测试辐射光强为 100mW·cm-2，即 AM 1.5G 标准光强。
科学院上海硅酸盐研究所硕士学位论文图 1.3 美国国家可再生能源实验室认证（NREL）太阳能电池效率增长时间表ig.1.3 The efficiency growth timetable of National Renewable Energy Laboratory Certifica(NREL) solar cell 7.1%[6]。目前，染料敏化太阳能电池已经实现了 13%[7]的效率。
【参考文献】
本文编号：2875361
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.2;TM914.42
【部分图文】：
层能级相匹配的钙钛矿光吸收层。通过多种表征手段的钙钛矿光吸收层对钙钛矿太阳能电池光电转换效太阳能电池的整体光电转换效率提供有力的理论和池简介国物理学家 Becquerel 发现在光照条件下，两片金属生微弱电压。就这样，光伏效应[3]被首次发现。但是能电池这一现象的认识一直处于停滞状态，直到 18体硒制备出第一块固态太阳能电池，当时的光电转有意义的现代太阳能电池则是在 1954 年，美国的 B体硅技术，采用掺杂的工艺制备出了半导体 PN 结池的光电转换效率迅猛提升，首次达到 6%[4]以上，其是在军事领域，从此属于太阳能电池的时代来临
碱土金属锡酸盐钙钛矿薄膜的可控制备、掺杂及物理性能研究以区别不同太阳能电池的负载输出能力。填充因子 FF 取决于入射光强、材料的禁带宽度、理想系数、串联电阻和并联电阻等，填充因子值始终小于 1。通常 Pmax对应的光电转换效率 η 用来描述太阳能电池的光电转换性能，也是评价太阳能电池性能的最重要指标，被定义为电池最大输出功率 Pmax与入射光功率（Pi）比值，即 η=Pmax/Pi。联系填充因子的公式，太阳能电池光电转换效率可表达为：η= Pmax·FF/Pi （1.2）太阳能光电转换效率检测的标准条件：测试温度为 25℃，测试辐射光强为 100mW·cm-2，即 AM 1.5G 标准光强。
科学院上海硅酸盐研究所硕士学位论文图 1.3 美国国家可再生能源实验室认证（NREL）太阳能电池效率增长时间表ig.1.3 The efficiency growth timetable of National Renewable Energy Laboratory Certifica(NREL) solar cell 7.1%[6]。目前，染料敏化太阳能电池已经实现了 13%[7]的效率。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 白晓功;史彦涛;王开;董庆顺;邢玉瑾;张鸿;王亮;马廷丽;;少铅钙钛矿CH_3NH_3Sr_xPb_(1-x)I_3的合成及其在全固态薄膜太阳能电池中的应用[J];物理化学学报;2015年02期
本文编号：2875361
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