聚合物太阳能电池与钙钛矿太阳能电池器件的制备与优化

发布时间：2017-12-16 22:16

  本文关键词：聚合物太阳能电池与钙钛矿太阳能电池器件的制备与优化

  更多相关文章： 聚合物太阳能电池 转速 活性层形貌 钙钛矿太阳能电池 热退火

【摘要】：聚合物太阳能电池中活性层形貌是制约电池效率的重要因素,调控活性层形貌的方式有多种,例如选择合适的给受体比例和溶剂体系、添加助剂、热退火和溶剂退火等。本论文详细研究了旋涂速度对活性层形貌、单位厚度的吸光能力和相应的光电转换效率的影响规律,为活性层形貌的调控提供了一定的理论指导。钙钛矿太阳能电池一经出世就迎来飞速的发展,目前效率已达到20.2%。钙钛矿太阳能电池中,传统金属氧化物电子传输层需要450℃以上高温烧结,这不利于高效钙钛矿电池的商业化应用。本论文采用两步浸泡法并结合低温制备TiO_2薄膜来制备钙钛矿器件;同时,还研究了退火条件对一步旋涂法制备的钙钛矿层的结晶性、形貌的影响规律,制备出了器件效率为11.73%的钙钛矿太阳能电池器件。1.以三元共聚物PTBT HTID DPP为给体材料,从不同给受体比例、混合溶剂的选择、热处理等方面对器件性能进行了优化。重点研究了转速对光活性层的光物理性能和器件性能的影响。研究结果表明,改变转速,不仅可以影响膜厚,还可影响光活性层的形貌,降低转速,有助于提高光活性层的单位厚度吸光能力,提高器件在长波长范围的外量子转换效率。通过改变浓度转速来获得基本相当厚度的光活性层,研究结果表明,低转速(800 rpm)制备的活性层具有更高的单位厚度的吸光能力、更小微相分离尺度和及较小的粗糙度,以及在可见光区更大的入射单色光子-电子转化效率(IPCE)响应,故800 rpm转速下制备的PSCs器件具有最高的能量转换效率4.31%。2.以低温制备的TiO_2薄膜作为电子传输层和空穴阻挡层,通过两步浸泡法(即将PbI_2旋涂至TiO_2膜上,然后浸泡CH_3NH_3I异丙醇溶液)制备了钙钛矿器件。研究结果表明,水解时溶液加入异丙醇可以削弱TiO_2的团聚现象和开裂程度,使得CH_3NH_3PbI_3晶粒尺寸变小,CH_3NH_3Pb I3膜的孔隙减少。提高退火温度并延长退火时间,可使得CH_3NH_3Pb I3晶粒尺寸变小,膜更平整,但PbI_2膜在CH_3NH_3I溶液中浸泡时间短,无论在什么退火条件下,膜都含有大量残留的PbI_2。当延长PbI_2薄膜在CH_3NH_3I溶液浸泡时间,能有效地减小CH_3NH_3PbI_3晶粒的尺寸,提高CH_3NH_3PbI_3膜的覆盖率和平整度。研究结果表明,完全转化成CH_3NH_3Pb I3需浸泡30 min,然而,浸泡20 min后,CH_3NH_3PbI_3薄膜开始松动、易掉落,这不利于钙钛矿器件的制备也限制器件性能。因此,我们改用一步法(即PbCl2与CH_3NH_3I混合后再旋涂成膜)制备CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x吸光层。研究结果表明,退火温度为75℃时,即使退火6 h,仍未反应完全,当退火温度升高到95℃时,退火时间减少到50 min,CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x转化完全,膜较均一平整,且其吸光度最大,器件性能优于其它,光电转换效率达到了11.08%,当退火温度升高到105℃时,钙钛矿膜出现孔洞,导致器件的光电转换效率也降低。进一步通过优化电子传输层PC_(61)BM的厚度为120 nm后,器件的最佳光电转换效率达到了11.73%。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4

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