基于钙钛矿的有机无机杂化太阳能电池的制备、工艺及性能研究

发布时间：2017-11-15 11:37

  本文关键词：基于钙钛矿的有机无机杂化太阳能电池的制备、工艺及性能研究

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【摘要】：近年来,有机无机杂化卤化物钙钛矿材料作为最具潜力的光电材料成为研究人员关注的热点,基于卤化物钙钛矿的太阳能电池在短短数年内获得了突飞猛进的进展,尤其以无机金属氧化物半导体作为电子传输材料的介孔结构钙钛矿电池具有较高光电转换效率。ZnO纳米棒材料由于具有透光率高、载流子寿命长、形貌可控等特点,已在有机无机太阳能电池及光催化领域得到了良好的应用。然而,其在钙钛矿太阳能电池中的应用研究较少。针对这一问题,本论文展开了关于ZnO纳米棒钙钛矿太阳能电池制备过程的研究以及光电性能的优化,并取得了如下研究成果。(1)采用两步法制备ZnO纳米棒,首先通过溶胶-凝胶法制备致密均匀的ZnO晶种层,然后水热倒置生长ZnO纳米棒。控制生长液浓度为20mM、25mM、30mM、35mM,得到的纳米棒的直径为60～72 nm不等、长度为300～460 nm不等。以ZnO纳米棒作为电子传输层,采用两步溶液法制备钙钛矿光吸收层,旋涂Spiro-OMeTAD作为空穴传输层,蒸镀金属电极进行电池器件的封装。对基于不同ZnO纳米棒生长液的钙钛矿电池进行性能比较,得到生长液浓度为25 mM时电池的最高光电转换效率为7.65%,对应钙钛矿薄膜均匀、平整,结品性较好。此时ZnO纳米棒直径约为72 nm,长度约为320 nm。(2)采用两步溶液法制备钙钛矿电池,控制CH3NH3I浸泡时间为20s、30s、40s、50s、60s,比较对应电池器件光电转换效率。随着浸泡时间增加,钙钛矿薄膜紫外可见光吸收先增大后减小,浸泡时间过短,PbI2反应不完全,浸泡时间过长,生成的钙钛矿在CH3NH3I的异丙醇溶液中再次溶解。当浸泡时间为40s时,电池获得最大光电转换效率为8.62%,对应钙钛矿薄膜致密、均匀,孔隙较少,电池填充因子较大。(3)基于以上工作,选取ZnO纳米棒生长液浓度为25mM,CH3NH3I浸泡时间为40s,采用PCBM对ZnO纳米棒进行修饰。比较未使用PCBM修饰及PCBM转速为4000 r/m、5000 r/m、6000 r/m时电池的性能,得到当PCBM转速为5000 r/m时,电池最大光电转换效率为11.05%。由钙钛矿薄膜AFM的二维图和三维图可知,PCBM的修饰(5000 r/m)使其表面更加平整,颗粒尺寸也比较均匀,针孔缺陷较少,其均方根粗糙度(RMS)为15.6 nm,相较于未修饰的RMS(19.8nm)降低了21.2%。由紫外可见光谱可知,PCBM修饰后的钙钛矿层的紫外可见光吸收明显增多。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4

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本文编号：1189634