钙钛矿/有机集成太阳电池的研究

发布时间：2021-10-24 20:54

　　得益于钙钛矿材料本身优异的光电特性,以及电池器件结构和制备工艺的不断优化,钙钛矿太阳电池在近几年取得了快速的发展。目前,实验室制备的钙钛矿太阳电池的光电转换效率已经接近或超过一些商业化应用的太阳电池。为了进一步提升钙钛矿太阳电池的效率,提高电池对近红外光的利用是一个有效的方法。因此,本论文制备了钙钛矿/有机集成太阳电池,通过在钙钛矿活性层上集成窄带隙的有机活性层来增强钙钛矿电池对近红外光的利用,从而提升器件的整体性能。本论文围绕钙钛矿/有机集太阳电池的研究开展的主要工作包括:首先对钙钛矿薄膜进行了优化,然后在得到高质量钙钛矿薄膜的基础上开展了对集成结构电池的研究。具体的研究内容包括以下四个方面:1)利用简易的近空间升华法制备高质量的CH3NH3PbI3薄膜。在此方法中,通过控制PbI2和CH3NH3I的反应时间,PbI2和CH3NH3I层的厚度和升华空间的距离,就可以制备得到高度结晶、均匀致密的钙钛矿薄膜。CH3NH3PbI3薄膜制备的过程简单可控。通过研究基于不同退火时间,不同钙钛矿厚度和不同光活性区域情况下制备的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳电池的光伏性能,对制备条件进行优化。最终... 

【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】：139 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１．钙钛矿晶体结构示意图，ａ）?ＢＸ６『八面体结构和ｂ）?‘ＡＸ１２立方八面体结构［３］

清楚地表明，钙钛矿太阳电池的原理的更接近固态ｐｎ结太阳电池Ｗ。??随着钙钛矿太阳电池研究的进一步发展，如今大家普遍认为，钙钛矿太阳电??池的工作原理与ｎ－ｉ－ｐ和ｐ－ｉ－ｎ型太阳电池的工作原理非常接近。如图１－２所示，??在ｎ－ｉ－ｐ结构中，Ｔｉ０２等ｎ型半导体材料作为电子传输层，钙钛矿作为光吸收层，??ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ作为空穴传输层。当太阳光照射到电池内部，钙钛矿层吸收光产??生电子和空穴，电子由钙钛矿层的导带转移到Ｔｉ０２的导带，同时，空穴则沿着钙??钛矿传递到钙钛矿／空穴传输层界面，然后被转移到空穴传输层的ＨＯＭＯ能级，??最终被金属电极所收集。在ｐ－ｉ－ｎ结构中，钙钛矿夹在底部的ｐ型材料和顶部的??ｎ型材料之间。在ｐ－ｉ－ｎ结构中，电池的工作原理与ｐ－ｉ－ｎ结构电池相同，只是电??子和空穴传输的方向与ｐ－ｉ－ｎ结构中相反。??为了进一步分析介孔和平面结构钙钛矿太阳电池在工作原理上的区别，??Ｌｉｙｕａｎ?Ｈａｎ课题组通过测试钙钛矿太阳电池截面的电势变化

生长的影响。将一步法旋涂ＣＨ３ＮＨ３Ｉ和ＰｂＣｈ混合前驱体后得到的薄膜置于３０％??湿度的环境中热退火，薄膜的组分在退火过程中经历了明显的三个阶段的变化??（图１－３）。中间经历了溶剂挥发过程中的ＰｂｌｒＤＭＦ和反应过程中的??ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＣｌ３等中间相的生成，最终生成ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３晶体。在控制湿度（３０％）??环境中制备的钙钛矿薄膜的荧光寿命为７３６ｎｓ，远高于在千燥空气中制备的钙钛??矿薄膜的荧光寿命（３８２ｎｓ）。最终，３０％湿度环境中制备的电池在光电转换效率上??也明显高于在干燥环境中制备的电池［４９］。说明通过控制退火时环境的湿度可以??有效控制薄膜的生长过程，降低钙钛矿薄膜中的缺陷态密度，从而有效抑制薄膜??中电荷的非辐射复合。??６??

【参考文献】：
期刊论文
[1]近红外量子效率超过40%的钙钛矿-聚合物杂化太阳能电池（英文）[J]. 叶龙,樊本虎,张少青,李荪荪,杨蓓,秦云朋,张皓,侯剑辉.  Science China Materials. 2015(12)
[2]平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池研究进展[J]. 王福芝,谭占鳌,戴松元,李永舫.  物理学报. 2015(03)



本文编号：3455963