钙钛矿太阳能电池的制备及其光电化学性能研究

发布时间：2017-11-25 18:20

  本文关键词：钙钛矿太阳能电池的制备及其光电化学性能研究

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【摘要】：近些年来,研究报道的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率值越来越高,引起了科研工作者的广泛关注。光生电子-空穴在钙钛矿材料中具有低复合速率,高迁移率,因此具有可观的扩散长度,这些特点极大促进了其逐步发展成为一种转化效率高的太阳能电池,同时,钙钛矿太阳能电池也具有价格成本低廉、制备方法简单、结构形式多样等优点。但其仍存在着对外部环境敏感,内部机理不明确等问题。本文中,我们重点研究了湿度对基于TiO2为致密层的平板结构钙钛矿太阳能电池的结构和性能的影响,并分析研究其影响机理；采用液相两步法合成了基于ZnO纳米线为骨架层的钙钛矿太阳能电池,研究其成分、组织结构、形貌对电池性能的影响,优化制备条件和组织结构,分析其生长机制。主要研究结果如下：1.空气环境中湿度对钙钛矿太阳能电池微观形貌与光电效率的影响有机无机卤化钙钛矿太阳能电池中钙钛矿吸收层对外界的湿度非常敏感,所以目前绝大多数钙钛矿太阳能电池的制备、封装都是在手套箱中完成的。从便于工业规模化角度,本文在全空气环境下,采用气相辅助溶液法制备了平板结构的钙钛矿太阳能电池,研究了不同外界湿度与钙钛矿膜形貌、电池效率之间的关系。采用SEM和XRD电镜表征了不同湿度下钙钛矿的微观结构,分析其形成过程和生长机制,并测试了其紫外-可见吸收光谱,并从可能的化学反应角度,分析了其与水的反应机理。通过比较研究发现：在全空气环境中,湿度从70%下降为20%时,电池的转换效率从0.95%增加到5.81%。分析认为湿度的降低,增加了钙钛矿膜的覆盖率以及减少膜的缺陷,并且减少了钙钛矿材料与水的反应,改善了电池开路电压、短路电流等性能参数。2.ZnO纳米线骨架层的钙钛矿太阳能电池的制备及性能研究在有种子层和无种子层两种条件的基础上,分别采用水热法合成了ZnO纳米线阵列和“花簇状”纳米线,并分别将其作为骨架层合成了相应的钙钛矿太阳能电池。通过SEM分析了表面和截面的形貌,通过XRD和EDS分析了其结构成分以及元素组成。J-V曲线测试表明,有种子层的光电转化效率以及短路电池密度,都大于无种子层的“花簇状”纳米线,IPCE测试表明：在波长(400nm-800nm)范围内, ZnO纳米线有序阵列比“花簇状”纳米线都有更高的转化效率。研究发现,过长的ZnO纳米线会使得钙钛矿层无法完全覆盖,会导致光电转化效率的降低。因此,在有种子层的基础上,采用缩短水热法反应时间以减小纳米线的长度,来获得更好的钙钛矿层覆盖率,获得更高的光电转化效率。当水热法反应时间从4h下降到1h,效率从0.85%提升到8.56%,各项电池参数也均有较大提高。进一步,针对测试过程中不常见的S型J-V曲线,分析其形成原因。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【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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本文编号：1226959