钙钛矿太阳电池结构设计及稳定性研究

发布时间：2020-12-10 07:40

　　有机无机杂化钙钛矿材料具有载流子扩散长度长、电子/空穴迁移率高、光吸收系数大和制备工艺简单等特点,钙钛矿太阳电池的光电转换效率记录被不断刷新。在追求高光电转换效率的同时,钙钛矿太阳电池的稳定性成为当前面临的突出问题。本论文围绕钙钛矿电池器件的性能提升及其稳定性,开展了钙钛矿电池结构设计、钙钛矿材料的修饰及改性研究,并探索了电池器件性能衰减的机制,主要研究工作如下:（1）新型二氧化钛（TiO2）嵌入式钙钛矿太阳电池结构设计研究。结合钙钛矿太阳电池的介孔结构和平板结构的各自优势,设计出了一种新型的TiO2嵌入式钙钛矿太阳电池结构。采用TiO2纳米颗粒嵌入到钙钛矿薄膜中,一方面,提高了薄膜中载流子抽取能力;另一方面,可促进钙钛矿晶粒长大,形成致密的钙钛矿光吸收层。这种结构的器件中光生载流子可以被高效地分离和抽取,减少载流子的复合损失。该新型嵌入式结构对比无TiO2纳米颗粒嵌入的钙钛矿太阳电池,光电转换效率从16.6%提高到了 19.2%。同时,这种TiO2嵌入式钙钛矿薄膜和器件展现出优良的稳定性,在空气中经过28天老化,电池器件的效率与初始效率相比平均保持在80%以上。TiO2嵌入式结构钙钛... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：119 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１钙钛矿材料和器件结构示意图

最后到达电池上电极。无论钙钛矿太阳电池属于哪种器件结构，其最主要部分都??是钙钛矿光吸收层。目前研宄最广泛深入的钙钛矿材料为甲胺铅碘基钙钛矿??（ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３，?ＭＡＰｂＩ３），其结构如图１－ｌｂ所示。如图中所示，有机阳离子??ＣＨ３ＮＨ３＋?（ＭＡ＋）与Ｐｂ２＋和ｒ共同组成了?ＭＡＰｂＩ３立方晶体结构。值得强调的是，??ＭＡＰｂＩ３材料是直接带隙半导体，其带隙约为１．５５？１．６ｅＶ［３４，３５】。ＭＡＰｂＩ３钙钛矿可??以通过简单溶液法快速可控地在玻璃或者其他柔性衬底上沉积，所制备出的薄膜??无需高温退火（＜１５０°Ｃ）即可获得良好的结晶质量，且具有优良的光吸收特性??［３６＿３９］。通过模拟计算，若将ｆＯＯｎｍ厚的ＭＡＰｂＩ３钙钛矿薄膜组装成钙钛矿太阳??电池，其光电转换效率可达３１％，短路电流（Ｊｓｃｒ）可达２６?ｍＡ?ｃｉｔＴ２，开路电压??达到（Ｆ０Ｃ）?１．３Ｖ［４Ｇ，４１：！。这也说明了具有独特优良光电特性的钙钛矿材料，十分??容易制备

解为ＣＨ３ＮＨ３ｌ，Ｐｂｌ２和Ｈ２〇［１３７］，如公式（１－３）所示。通过上述过程，空气中的??水分子逐步侵蚀钙钛矿薄膜，造成钙钛矿薄膜和器件在潮湿空气中的衰减，（如??图１－５所示）制约了钙钛矿在潮湿环境中的应用。??７??


本文编号：2908335