气相法制备高性能钙钛矿薄膜的工艺研究
发布时间：2021-04-23 13:21
有机-无机杂化钙钛矿薄膜凭借其杰出的光电性能和低廉的制备成本,受到人们的广泛研究和关注。作为钙钛矿太阳电池器件的核心吸光材料,钙钛矿薄膜的质量对器件性能有重要影响。钙钛矿薄膜在沉积过程中呈现出许多问题（例如:薄膜不连续、内部存在针孔及缺陷态;晶体杂乱生长、结晶性较差等）,导致钙钛矿层吸光性能下降;自由载流子在薄膜内部复合现象加剧;电池器件电流及效率降低等。因此,优化钙钛矿薄膜沉积工艺、调控晶体结晶-生长速率、降低载流子内部缺陷态复合,对提高钙钛矿器件性能至关重要。本文主要采用气相法制备钙钛矿薄膜,对钙钛矿晶体成核-生长过程及制备工艺进行一系列探究,具体如下:（1）采用DMSO气体短时间修饰PbI2薄膜表面,并结合气相辅助法制备高质量钙钛矿薄膜。DMSO气体优化时间缩短到几秒的时间,仅在PbI2薄膜表层形成中间相。有效地降低了 PbI2-CH3NH3I（MAI）原位反应诱导期阻力,促进薄膜重组-自修复过程,并制备出高质量钙钛矿薄膜。随DMSO气体处理时间的增加,PbI2表层经历了枝化、粒化和重组过程。当DMSO优化时间为10s时,电池器件光电转换效率最佳（18.43%）,并且器件J-V曲...
【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】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 能源形势
1.1.2 太阳能利用
1.1.3 太阳电池基本理论
1.2 太阳电池分类
1.2.1 硅系太阳电池
1.2.2 多元化合物薄膜太阳电池
1.2.3 新型太阳电池
1.3 钙钛矿太阳电池简介
1.3.1 钙钛矿结构和性质
1.3.2 钙钛矿太阳电池构造
1.3.3 钙钛矿太阳电池工作原理
1.3.4 钙钛矿太阳电池研究进展
1.3.5 钙钛矿太阳电池制备工艺
1.3.6 钙钛矿太阳电池存在的问题
1.4 选题依据及主要工作内容
第2章 钙钛矿薄膜结晶生长、器件制备及性能表征
2.1 钙钛矿薄膜结晶生长
2.1.1 晶体成核生长过程
2.1.2 气相法制备钙钛矿薄膜
2.2 实验原料与试剂
2.3 主要实验设备
2.4 电池制备方法
2.5 钙钛矿太阳电池的性能分析与表征
2.5.1 场发射扫描电子显微镜
2.5.2 偏光显微镜
2.5.3 X射线衍射仪
2.5.4 紫外可见光吸收光谱仪
2.5.5 接触角测试仪
2.5.6 稳态/瞬态荧光光谱仪
2.5.7 瞬态吸收光谱仪
2.5.8 电化学阻抗谱仪
2.5.9 钙钛矿太阳电池电流-电压特性测试
2.5.10 钙钛矿太阳电池入射单色光光电转换效率
2.6 本章小结
2薄膜表面结合气相辅助法制备钙钛矿薄膜">第3章 气体修饰策略优化PbI2薄膜表面结合气相辅助法制备钙钛矿薄膜
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料
3.2.2 器件制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 物相组成
3.3.2 薄膜形貌
3.3.3 机理分析
3.3.4 器件性能
3.3.5 载流子传输性能
3.4 本章小结
60作为PbI2成核位点结合气相辅助法制备钙钛矿薄膜">第4章 C60作为PbI2成核位点结合气相辅助法制备钙钛矿薄膜
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料
4.2.2 器件制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 物相组成
4.3.2 薄膜形貌
4.3.3 载流子传输性能
4.3.4 器件性能
4.4 本章小结
第5章 气相辅助喷涂法抑制钙钛矿制备过程中“咖啡环”效应
5.1 引言
5.2 一步喷涂法实验部分
5.2.1 实验材料
5.2.2 器件制备
5.3 一步喷涂法结果与讨论
5.3.1 喷涂溶剂选择
5.3.2 雾化过程
5.3.3 液滴飞行过程
5.3.4 薄膜沉积
5.3.5 载流子传输性能
5.3.6 器件性能
5.4 气相辅助喷涂法引言
5.5 气相辅助喷涂法实验部分
5.5.1 实验材料
5.5.2 器件制备
5.6 气相辅助喷涂法结果与讨论
5.6.1 喷涂方法
5.6.2 溶剂选择
5.6.3 前驱液浓度调节
5.6.4 基底温度调节
5.6.5 DMSO-DMF混合溶剂
5.6.6 载流子传输性能
5.6.7 器件性能
5.7 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 论文主要工作及结论
6.2 创新性工作
6.3 存在的不足及后续开展工作
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
【参考文献】：
博士论文
[1]钙钛矿晶体质量与光伏电池性能调控研究[D]. 司浩楠.北京科技大学 2018
[2]有机—无机杂化钙钛矿太阳电池的制备与改性[D]. 刘莉.吉林大学 2018
[3]连续沉积法制备钙钛矿薄膜研究及在钙钛矿太阳电池中的应用[D]. 张旭辉.中国科学技术大学 2017
[4]钙钛矿太阳能电池界面层材料及钙钛矿层形貌调控的研究[D]. 武其亮.中国科学技术大学 2016
[5]喷涂法制备聚合物太阳能电池器件研究[D]. 陈征.北京交通大学 2013
本文编号：3155407
【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】：120 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 能源形势
1.1.2 太阳能利用
1.1.3 太阳电池基本理论
1.2 太阳电池分类
1.2.1 硅系太阳电池
1.2.2 多元化合物薄膜太阳电池
1.2.3 新型太阳电池
1.3 钙钛矿太阳电池简介
1.3.1 钙钛矿结构和性质
1.3.2 钙钛矿太阳电池构造
1.3.3 钙钛矿太阳电池工作原理
1.3.4 钙钛矿太阳电池研究进展
1.3.5 钙钛矿太阳电池制备工艺
1.3.6 钙钛矿太阳电池存在的问题
1.4 选题依据及主要工作内容
第2章 钙钛矿薄膜结晶生长、器件制备及性能表征
2.1 钙钛矿薄膜结晶生长
2.1.1 晶体成核生长过程
2.1.2 气相法制备钙钛矿薄膜
2.2 实验原料与试剂
2.3 主要实验设备
2.4 电池制备方法
2.5 钙钛矿太阳电池的性能分析与表征
2.5.1 场发射扫描电子显微镜
2.5.2 偏光显微镜
2.5.3 X射线衍射仪
2.5.4 紫外可见光吸收光谱仪
2.5.5 接触角测试仪
2.5.6 稳态/瞬态荧光光谱仪
2.5.7 瞬态吸收光谱仪
2.5.8 电化学阻抗谱仪
2.5.9 钙钛矿太阳电池电流-电压特性测试
2.5.10 钙钛矿太阳电池入射单色光光电转换效率
2.6 本章小结
2薄膜表面结合气相辅助法制备钙钛矿薄膜">第3章 气体修饰策略优化PbI2薄膜表面结合气相辅助法制备钙钛矿薄膜
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料
3.2.2 器件制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 物相组成
3.3.2 薄膜形貌
3.3.3 机理分析
3.3.4 器件性能
3.3.5 载流子传输性能
3.4 本章小结
60作为PbI2成核位点结合气相辅助法制备钙钛矿薄膜">第4章 C60作为PbI2成核位点结合气相辅助法制备钙钛矿薄膜
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料
4.2.2 器件制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 物相组成
4.3.2 薄膜形貌
4.3.3 载流子传输性能
4.3.4 器件性能
4.4 本章小结
第5章 气相辅助喷涂法抑制钙钛矿制备过程中“咖啡环”效应
5.1 引言
5.2 一步喷涂法实验部分
5.2.1 实验材料
5.2.2 器件制备
5.3 一步喷涂法结果与讨论
5.3.1 喷涂溶剂选择
5.3.2 雾化过程
5.3.3 液滴飞行过程
5.3.4 薄膜沉积
5.3.5 载流子传输性能
5.3.6 器件性能
5.4 气相辅助喷涂法引言
5.5 气相辅助喷涂法实验部分
5.5.1 实验材料
5.5.2 器件制备
5.6 气相辅助喷涂法结果与讨论
5.6.1 喷涂方法
5.6.2 溶剂选择
5.6.3 前驱液浓度调节
5.6.4 基底温度调节
5.6.5 DMSO-DMF混合溶剂
5.6.6 载流子传输性能
5.6.7 器件性能
5.7 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 论文主要工作及结论
6.2 创新性工作
6.3 存在的不足及后续开展工作
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
攻读博士学位期间参加的科研工作
致谢
作者简介
【参考文献】：
博士论文
[1]钙钛矿晶体质量与光伏电池性能调控研究[D]. 司浩楠.北京科技大学 2018
[2]有机—无机杂化钙钛矿太阳电池的制备与改性[D]. 刘莉.吉林大学 2018
[3]连续沉积法制备钙钛矿薄膜研究及在钙钛矿太阳电池中的应用[D]. 张旭辉.中国科学技术大学 2017
[4]钙钛矿太阳能电池界面层材料及钙钛矿层形貌调控的研究[D]. 武其亮.中国科学技术大学 2016
[5]喷涂法制备聚合物太阳能电池器件研究[D]. 陈征.北京交通大学 2013
本文编号：3155407
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