钙钛矿太阳能电池光活性层的形貌调控及性能研究

发布时间：2017-10-16 15:28

  本文关键词：钙钛矿太阳能电池光活性层的形貌调控及性能研究

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【摘要】：钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有成本低廉、制备工艺简便、光电转换效率高等优势,近年来已经成为光伏技术领域的研究热点。钙钛矿太阳能电池主要包括介孔结构和平板结构两种类型,而有机-无机杂化铅卤钙钛矿材料是所有钙钛矿太阳能电池最核心组分。由于钙钛矿材料有合适的禁带宽度和优异的结晶性能,该材料不仅具有较强的光吸收特性,而且有较高的载流子迁移率和良好的载流子扩散长度。然而,钙钛矿材料的光电性能对其组成及形貌结构有较大的依赖性。因此,调控钙钛矿材料组成及形貌结构对构筑高性能钙钛矿太阳能电池具有重要意义。本文研究了介孔和平板结构钙钛矿电池中钙钛矿层形貌有效调控方法的问题。对于介孔结构钙钛矿太阳能电池,采用控制钙钛矿材料成核-结晶速率、钙钛矿材料重溶-再结晶等手段,增强钙钛矿材料在多孔TiO2层中的分散度,提高钙钛矿材料在多孔层表面覆盖率。对于平板结构钙钛矿太阳能电池,本文初步探索了转速、退火对钙钛矿成膜的影响。另外,本文对钙钛矿材料形貌对TiO2/钙钛矿界面电荷传输与复合等过程的影响进行了深入研究。主要研究结论如下:1.采用苯甲基碘化铵(C6H5CH2NH3I)及碘化铵(NH4I)作为添加剂,通过一步溶液沉积法制备了介孔结构的PSCs,电池的光电转换效率从6.83%分别提升至9.05%与9.49%。2.采用DMSO(二甲亚砜)/CBZ(氯苯)、DMF(N,N-二甲基甲酰胺)/CBZ以及GBL(γ-丁内酯)/CBZ混合溶液对传统连续沉积法制备的钙钛矿薄膜进行后处理,组装的介孔结构电池效率分别由10.10%提高到11.68%、11.82%及10.66%。3.通过控制旋涂转速与退火时间等参数,制备了平整且致密的高质量CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿薄膜。相应的平板结构钙钛矿太阳能电池可以获得13%的平均光电转化效率,其最高光电转化效率可达15.48%。本研究采用一系列形貌调控手段,成功地改善了钙钛矿材料成膜质量,显著地提升了钙钛矿电池光电性能,对高性能钙钛矿太阳能电池的发展有一定的借鉴意义。
【关键词】：钙钛矿太阳能电池 有机-无机杂化钙钛矿材料 形貌调控 光电转化效率
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-19
• 1 绪论19-35
• 1.1 引言19
• 1.2 太阳能电池的发展与分类19-22
• 1.3 钙钛矿太阳能电池的结构及工作原理22-24
• 1.4 钙钛矿太阳能电池中各层材料24-29
• 1.5 钙钛矿太阳能电池的研究进展29-31
• 1.6 钙钛矿薄膜的制备方法31-32
• 1.7 钙钛矿薄膜的形貌控制32-33
• 1.8 本文的研究意义及内容33-35
• 2 实验材料、设备与表征方法35-40
• 2.1 实验试剂与仪器35-37
• 2.2 材料表征方法37-39
• 2.3 本章小结39-40
• 3 碘铵盐添加剂对钙钛矿物质成膜形貌的影响及其电池性能的研究40-56
• 3.1 引言40-41
• 3.2 甲基碘化铵及苯甲基碘化铵的合成41-42
• 3.3 甲基碘化铵及苯甲基碘化铵的表征42-43
• 3.4 一步溶液法制备钙钛矿薄膜43-44
• 3.5 CH_3NH_3PbI_3薄膜的表征44-49
• 3.6 介孔结构钙钛矿太阳能电池的制备49-51
• 3.7 碘铵盐添加剂对一步法介孔结构的钙钛矿太阳能电池性能的影响51-54
• 3.8 本章小结54-56
• 4 溶剂后处理对钙钛矿物质成膜形貌的影响及其电池性能的研究56-74
• 4.1 引言56-57
• 4.2 溶剂后处理钙钛矿薄膜57-58
• 4.3 钙钛矿薄膜的表征58-68
• 4.4 介孔结构钙钛矿太阳能电池的制备68
• 4.5 溶剂后处理对连续沉积法介孔结构的钙钛矿太阳能电池性能的影响68-73
• 4.6 本章小结73-74
• 5 CH_3NH_3PbI_（3-x)Cl_x p-i-n型平板异质结钙钛矿太阳能电池的制备及其光电性能的研究74-86
• 5.1 引言74
• 5.2 CH_3NH_3PbI_（3-x)Cl_x钙钛矿薄膜的制备74-76
• 5.3 CH_3NH_3PbI_（3-x)Cl_x钙钛矿薄膜的表征76-79
• 5.4 平板结构钙钛矿太阳能电池的制备79-81
• 5.5 平板结构的钙钛矿太阳能电池性能的研究81-85
• 5.6 本章小结85-86
• 6 结论86-88
• 参考文献88-96
• 作者简历96-98
• 学位论文数据集98

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1 王晓莉,姚熹;复杂组成钙钛矿材料中的纳米分相[J];西安交通大学学报;1995年09期

2 庄志强;王蕴辉;施红阳;;铌镁酸铅类钙钛矿结构铁电多晶体的制备技术[J];华南理工大学学报(自然科学版);1992年03期

3 赵旭,栗萍,唐贵德,张变芳,禹日程;Nb掺杂对双钙钛矿化合物居里温度的影响[J];河北师范大学学报;2004年04期

4 李福q，

本文编号：1043459