刮涂法制备大面积钙钛矿薄膜及器件性能研究
发布时间：2021-10-21 02:10
太阳能作为一种绿色的可再生能源,逐渐成为了最有前景的能源之一。目前,金属卤化物钙钛矿太阳能电池作为发展最为迅速的第三代光伏技术,在科学界和工业界得到了广泛关注。迄今为止,小面积（～0.1 cm2）钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已超过25%,与商用的硅太阳能电池相媲美。但是大多数经过认证或报道的高效钙钛矿光伏器件,其制备方法的局限性导致器件有效面积较小,并且随着有效面积的扩大,器件效率呈明显的下降趋势,这制约了钙钛矿光伏器件的商业化化进程。超过平方厘米量级的大面积器件的制备、性能和稳定性等问题迫切需要深入研究。本论文主要针对当前钙钛矿器件在大面积制备及稳定性等方面的问题,采用了与工业化生产相兼容的刮涂法,制备了高质量的大面积钙钛矿薄膜,通过工艺优化、结晶控制以及缺陷钝化等策略,显著改善了薄膜刮涂制备过程中的结晶质量,获得了光伏性能优异的钙钛矿太阳能电池,这对高效钙钛矿器件的低成本大面积制备具有重要意义。具体研究内容如下:（1）MAPbI3钙钛矿薄膜刮涂工艺优化及大面积钙钛矿太阳能电池制备。首先,我们自主设计搭建了薄膜刮涂生长平台,并探讨了刮涂过...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国国家可再生能源实验室（NREL）认证光伏电池效率纪录表[2]
的带隙逐渐降低，因此可以通过改变卤素原子种类实现对钙钛矿材料带隙的连续可调[6,7]。近些年，钙钛矿太阳能电池最常用的材料是有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿，其中甲胺铅碘CH3NH3PbI3（MAPbI3）在众多钙钛矿材料中脱颖而出，该材料作为一种直接带隙半导体具有优异的光电性能，如较高的吸收系数、长的载流子扩散长度、双极性传输以及较低的激子结合能等特点，同时其禁带宽度大约为1.55eV，接近单节太阳能电池的最优理论带隙值，上述优势使基于MAPbI3材料的钙钛矿太阳能电池取得了较高的光电转换效率[8,9]。图1.2ABX3钙钛矿晶体结构示意图。在温度、压力等外界条件以及掺杂的影响下，ABX3晶体结构通常会产生畸变现象。钙钛矿材料的稳定性主要由容忍因子（τ）来确定[10]，τ可由公式计算：τ=+√2(+)（1.1）rA,rB,rX分别指的是A离子、B离子、X离子的半径。一般来说，当τ越接近1，ABX3钙钛矿结构就越稳定，其中τ=1时形成对称性最高的立方结构；当τ偏离1.0较多时，通常为三方晶系等低对称结构。研究表明结构稳定的钙钛矿型化合物的容忍因子一般介于0.8-1.05之间。一般来说，随着钙钛矿组分中离子半径的增大，晶格膨胀，禁带宽度也随之变窄，荧光发光位置将会发生红移。反之，若离子半径减小，晶格收缩，禁带宽
庾拥哪芰渴垢祁芽蠓肿蛹鄞?系牡缱釉厩?到导带，产生不稳定的光生载流子，即电子与空穴。随后在电子传输层和空穴传输层的内电场和外部偏压的驱动下，电子与空穴向相反的方向扩散，电子空穴对分离，电子经电子传输层传输到金属电极进一步传输到外电路，而空穴则经过空穴传输层到达透明电极，形成一个完整回路。材料的带隙较高将不利于光子吸收，因此不能产生足够大的光电流[13]。带隙较低有利于材料对光子的吸收，相应的光电流也会增大，但过低的带隙会导致器件的开路电压较小[14]，因此最佳的带隙范围介于1.1-1.4eV。图1.3钙钛矿太阳能电池结构及工作原理图。1.2钙钛矿薄膜主要制备方法及进展随着钙钛矿太阳能电池光电转换效率的不断提高，对于钙钛矿薄膜的质量要求也在不断提高。为了制备出高效率的钙钛矿器件，人们逐渐开发出多种制备钙钛矿薄膜的方法。目前高效率钙钛矿电池的制备都是基于实验室水平的小面积薄膜制备方法，例如一
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿薄膜制备技术及其在大面积太阳电池中的应用[J]. 降戎杰,张雅洁,郭强,赵春艳,白一鸣. 微纳电子技术. 2019(08)
[2]金属表面等离子体增强半导体纳米材料光催化机理研究进展[J]. 方明,谭小丽. 南通大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]钙钛矿太阳能电池的大面积成膜方法[J]. 吴存存,孙伟海,陈志坚,肖立新. 科学通报. 2017(14)
本文编号：3448037
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国国家可再生能源实验室（NREL）认证光伏电池效率纪录表[2]
的带隙逐渐降低，因此可以通过改变卤素原子种类实现对钙钛矿材料带隙的连续可调[6,7]。近些年，钙钛矿太阳能电池最常用的材料是有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿，其中甲胺铅碘CH3NH3PbI3（MAPbI3）在众多钙钛矿材料中脱颖而出，该材料作为一种直接带隙半导体具有优异的光电性能，如较高的吸收系数、长的载流子扩散长度、双极性传输以及较低的激子结合能等特点，同时其禁带宽度大约为1.55eV，接近单节太阳能电池的最优理论带隙值，上述优势使基于MAPbI3材料的钙钛矿太阳能电池取得了较高的光电转换效率[8,9]。图1.2ABX3钙钛矿晶体结构示意图。在温度、压力等外界条件以及掺杂的影响下，ABX3晶体结构通常会产生畸变现象。钙钛矿材料的稳定性主要由容忍因子（τ）来确定[10]，τ可由公式计算：τ=+√2(+)（1.1）rA,rB,rX分别指的是A离子、B离子、X离子的半径。一般来说，当τ越接近1，ABX3钙钛矿结构就越稳定，其中τ=1时形成对称性最高的立方结构；当τ偏离1.0较多时，通常为三方晶系等低对称结构。研究表明结构稳定的钙钛矿型化合物的容忍因子一般介于0.8-1.05之间。一般来说，随着钙钛矿组分中离子半径的增大，晶格膨胀，禁带宽度也随之变窄，荧光发光位置将会发生红移。反之，若离子半径减小，晶格收缩，禁带宽
庾拥哪芰渴垢祁芽蠓肿蛹鄞?系牡缱釉厩?到导带，产生不稳定的光生载流子，即电子与空穴。随后在电子传输层和空穴传输层的内电场和外部偏压的驱动下，电子与空穴向相反的方向扩散，电子空穴对分离，电子经电子传输层传输到金属电极进一步传输到外电路，而空穴则经过空穴传输层到达透明电极，形成一个完整回路。材料的带隙较高将不利于光子吸收，因此不能产生足够大的光电流[13]。带隙较低有利于材料对光子的吸收，相应的光电流也会增大，但过低的带隙会导致器件的开路电压较小[14]，因此最佳的带隙范围介于1.1-1.4eV。图1.3钙钛矿太阳能电池结构及工作原理图。1.2钙钛矿薄膜主要制备方法及进展随着钙钛矿太阳能电池光电转换效率的不断提高，对于钙钛矿薄膜的质量要求也在不断提高。为了制备出高效率的钙钛矿器件，人们逐渐开发出多种制备钙钛矿薄膜的方法。目前高效率钙钛矿电池的制备都是基于实验室水平的小面积薄膜制备方法，例如一
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿薄膜制备技术及其在大面积太阳电池中的应用[J]. 降戎杰,张雅洁,郭强,赵春艳,白一鸣. 微纳电子技术. 2019(08)
[2]金属表面等离子体增强半导体纳米材料光催化机理研究进展[J]. 方明,谭小丽. 南通大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]钙钛矿太阳能电池的大面积成膜方法[J]. 吴存存,孙伟海,陈志坚,肖立新. 科学通报. 2017(14)
本文编号：3448037
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