钙钛矿太阳能电池的制备及其稳定性研究

发布时间：2017-11-12 23:04

  本文关键词：钙钛矿太阳能电池的制备及其稳定性研究

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【摘要】：钙钛矿太阳能电池基于成本低廉、工艺简单、效率高的优点迅速成为太阳能电池研究领域的热点。钙钛矿薄膜和介孔层作为电池重要的组成部分受到众多研究者的广泛关注,本文一方面对两步旋涂法制备钙钛矿电池工艺进行探索及优化,另一方面制备不同性质的TiO_2介孔层并研究其对电池性能的影响。虽然研究者不断刷新钙钛矿电池的效率,但是对于电池稳定性的系统研究却较少。据此,本文又着重研究了钙钛矿电池在不同环境中的稳定性及提高其稳定性的措施。本文首先通过两步旋涂法制备钙钛矿太阳能电池,系统研究了制备工艺、预制层优化工艺及制备过程中环境湿度对电池性能的影响。结果表明:当旋涂速率为5k rpm时,钙钛矿薄膜形貌最佳,电池效率可达到9.01%;采用预制层优化可以降低钙钛矿薄膜内PbI2的残余量,特别是预制层前驱液浓度为0.2 M时,钙钛矿薄膜表面更加平整,吸光能力增强,载流子复合率降低,电池效率提高到11.16%;此外,制备过程中环境湿度增大,钙钛矿薄膜的覆盖率降低,电池效率也随之降低。其次,本文制备了不同性质的TiO_2介孔层并将其组装成电池,进行性能比较。结果表明:常用的介孔层为多孔TiO_2的电池效率最高为9.01%;介孔层为微米级TiO_2纳米管的电池效率最高为5.61%;介孔层为0.2 wt%氧化石墨烯掺杂多孔TiO_2的电池,由于氧化石墨烯的加入既提高了电子寿命和TiO_2萃取电子能力,又降低了载流子复合率,从而使得电池效率提高至9.97%;介孔层为多孔TiO_2的同时增加单层TiO_2空心球作为散射层时,会提高钙钛矿光的吸收效率,从而提高电池效率至9.95%。最后,本文将裸露和封装的电池分别置于不同湿度环境中,研究服役环境对电池稳定性的影响。结果表明:裸露电池在湿度为5%和70%的空气中30天后,电池效率分别下降为起始效率的65.3%和16.6%,钙钛矿薄膜分解是电池效率下降的主要原因;裸露电池在70%湿度的空气中光照10 h后,电池效率下降为起始效率的19.8%,光照使电池电子传输能力下降是主要原因;裸露电池在70%湿度的空气中光照、加热2 h后,电池效率下降为起始效率的2.2%,加热使电池空穴传输能力下降。由此可见,环境因素越多,电池的稳定性越差。此外,研究发现电池的封装可以明显提高电池在潮湿空气中的稳定性,但对于光照和加热无明显作用。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4

【参考文献】

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1 朱立峰;石将建;李冬梅;孟庆波;;多孔TiO_2层厚度对钙钛矿太阳能电池性能的影响[J];化学学报;2015年03期

2 宋志浩;王世荣;肖殷;李祥高;;新型空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的研究进展[J];物理学报;2015年03期

3 丁雄P，

本文编号：1177984