当前位置:主页 > 科技论文 > 电气论文 >

聚合物太阳能电池与钙钛矿太阳能电池的界面修饰工程

发布时间:2018-03-02 13:34

  本文选题:聚合物太阳能电池 切入点:钙钛矿太阳能电池 出处:《北京交通大学》2017年博士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:本论文围绕体异质结聚合物太阳能电池和平面型钙钛矿太阳能电池的界面修饰工程展开研究,主要内容包括三部分。1.采用热裂解方法制备锐钛矿TiO2纳米棒,应用在poly(4,8-bis-alkyloxybenzo(l,2-b:4,5-b,)dithiophene-2,6-diyl-alt-(alky lthieno(3,4-b)thiophene-2-carboxylate)-2,6-diyl)(PBDTTT-C)和(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester(PC71BM)共混体系的倒置体异质结聚合物太阳能电池中作为电子传输层,实现高效的光伏性能。1)在合成过程中,通过抽取低沸点溶剂生长不同长径比的TiO2纳米棒。溶液加工TiO2纳米棒自组装形成电子传输层,具有形貌优异、能级位置合适、电子迁移率高等特性。2)基于短和长TiO2纳米棒的器件分别实现6.96%与7.26%的能量转换效率,优于使用常规无定形TiO2薄膜的器件(6.00%)。3)器件的电子传输机理研究表明,使用Ti02纳米棒薄膜可以减少电子传输层体内与界面缺陷,降低电子传输与收集过程中缺陷诱导的复合损失,提高短路电流与填充因子,实现高效的光电转换性能。2.制备不同的无定形TiOx电子传输层,应用在基于PBDTTT-C:PC7iBM体系的倒置体异质结聚合物太阳能电池中,研究器件的光浸润效应。1)通过溶胶凝胶法制备常规的无定形TiOx-a薄膜,并分别在空气与氮气环境中使用254 nm强紫外光(UV)照射制备TiOx-a(UV-air)与TiOx-a(UV-N2)薄膜。常规的TiOx-a薄膜形貌较差,存在一定数量的有机官能团与表面羟基和较低浓度的氧空位;TiOx-a(UV-air)薄膜形貌良好,存在大量的表面羟基和低浓度的氧空位;TiOx-a(UV-N2)薄膜形貌优异,存在极少的表面羟基和高浓度的氧空位。2)基于TiOx-a(UV-N2)电子传输层的器件实现7.79%的能量转换效率,有效消除光浸润效应与提高器件稳定性;基于TiOx-a与TiOx-a(UV-air)电子传输层的器件能量转换效率较低,分别为5.98%和3.27%,且两类器件都存在光浸润效应。3)器件的光电特性研究表明,无定形TiOx电子传输层内及其界面的陷阱俘获效应与界面电荷积累效应引起了光浸润效应。通过调控TiOx薄膜内缺陷的种类与浓度,可以有效消除光浸润效应。3.采用两步溶液沉积法制备Cs掺杂CH3NH3PbI3(MAPbI3(Cs)-NRs)钙钛矿薄膜,应用于平面型钙钛矿太阳能电池中作为光敏层,实现高效的光伏性能。1)在两步溶液沉积法中,Cs掺杂效应可以有效调控钙钛矿晶粒生长,改善薄膜形貌,并在薄膜表面实现纳米棒结构,薄膜的化学式为(MA)0.95Cs0.05PbI3;而在一步溶液沉积法中,相同Cs掺杂浓度的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜并不会出现类似的纳米棒结构。2)基于MAPbI3(Cs)-NRs平面型钙钛矿太阳能电池的能量转换效率达到16.21%,远高于纯MAPbI3器件(12.98%),并有效抑制光电流-电压曲线的滞后效应。3)器件的载流子输运动力学研究表明,基于MAPbI3(Cs)-NRS器件具有良好的空穴传输界面,有效降低了载流子传输过程中陷阱俘获效应和离子迁移效应产生的陷阱诱导复合损失,从而实现高效的光电转换性能。
[Abstract]:In this thesis, the interfacial modification of bulk heterojunction polymer solar cells and planar perovskite solar cells is studied. The main contents are as follows: 1. Anatase TiO2 nanorods are prepared by pyrolysis method. Used as the electron transport layer in the inverted heterojunction polymer solar cells, the inverted heterojunction polymer solar cells (26-bis-alkyloxybenzol2-b4: 6-diyl-alt-alt-lthiophene-alt-lthiophene-2-carboxythiophene-2-carboxythiophene-2-carboxythiophene-2-carboxylateane-2-carboxylateane-2-carboxylate-2-carboxylateane-2-diylpyridine) and 666-phenyl-C71-butyric acid methyl esteresterPC71BM1 are used as the electron transport layer in the inverted heterojunction polymer solar cells, and the photovoltaic properties are achieved in the synthesis process. TiO2 nanorods with different aspect ratios were grown by extracting low boiling point solvents. The TiO2 nanorods were self-assembled in solution to form an electron transport layer with excellent morphology and appropriate energy level position. The energy conversion efficiency of 6.96% and 7.26% based on short and long TiO2 nanorods is higher than that of conventional amorphous TiO2 thin films. Using Ti02 nanorod film can reduce the defects in the electron transport layer and interface, reduce the composite loss induced by the defects in the electron transport and collection process, and increase the short-circuit current and filling factor. To achieve high efficiency photoelectric conversion performance. 2. Different amorphous TiOx electron transport layers are prepared and used in inverted heterojunction polymer solar cells based on PBDTTT-C:PC7iBM system. The photowetting effect of the device was studied. 1) the conventional amorphous TiOx-a thin films were prepared by sol-gel method. The conventional TiOx-a thin films were prepared by using 254nm strong ultraviolet light (UV) irradiation in air and nitrogen environment, respectively. The conventional TiOx-a thin films were characterized by poor morphology. There are a number of organic functional groups and surface hydroxyl groups and low concentration of oxygen vacancies TiOx-a UV-air) thin film morphology is good, there are a large number of surface hydroxyl groups and low concentration of oxygen vacancy TiOx-a UVN2) thin film morphology is excellent. There are few surface hydroxyl groups and high oxygen vacancy. 2) the device based on the TiOx-a- UV-N2) electron transport layer can realize the energy conversion efficiency of 7.79%, effectively eliminate the photowetting effect and improve the device stability. The energy conversion efficiency of the device based on TiOx-a and TiOx-a / O UV-air layer is low, which is 5.98% and 3.27, respectively, and the photoelectrical properties of both kinds of devices are studied. The trapping effect and the charge accumulation effect at the interface of amorphous TiOx electron transport layer lead to the photowetting effect. By regulating the kinds and concentrations of defects in TiOx films, CS-doped Ch _ 3NH _ 3PbI _ 3o MAPbI _ 3C _ s-NRs _ 3 perovskite thin films were prepared by two-step solution deposition method and used as Guang Min layer in planar perovskite solar cells. The effect of Cs doping in two-step solution deposition can effectively control the growth of perovskite grains, improve the morphology of the films, and realize nanorods on the surface of the films. The chemical formula of the film is: MA0.95Cs0.05PbI3, while in one-step solution deposition, CH3NH3PbI3 perovskite thin films with the same Cs doping concentration will not have similar nanorods structure. 2) the energy conversion efficiency of MAPbI3(Cs)-NRs planar perovskite solar cells is 16.21, which is much higher than that of pure MAPbI3 devices (12.98%), and the photocurrent-electric suppression is effective. The hysteresis effect of the voltage curve. 3) the carrier transport kinetics of the device shows that, Based on the good hole transport interface of MAPbI3(Cs)-NRS devices, the trapping trapping effect and the trapping induced recombination loss caused by ion migration effect during carrier transmission are effectively reduced, and the efficient photoelectric conversion performance is realized.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM914.4

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;钙钛矿:新太阳电能电池结晶[J];上海商业;2014年03期

2 冯文,夏正才,袁松柳;锰基钙钛矿多层膜中的层间相互作用[J];低温物理学报;2004年03期

3 张瑞珠;师素娟;;钙钛矿包容核废物致密化工艺参数优化[J];华北水利水电学院学报;2008年03期

4 刘冬梅;李小兵;秦赛;朱明;;双钙钛矿La_2NiMnO_6多晶靶材的制备及结构表征[J];化工时刊;2013年07期

5 张玮皓;彭晓晨;冯晓东;;钙钛矿太阳能电池的研究进展[J];电子元件与材料;2014年08期

6 ;美国研制出环保型钙钛矿太阳能电池[J];中国电力;2014年06期

7 郭丽玲;王谦;徐圣东;刘韩星;;(C_6H_5C_2H_4NH_3)_2Cu_xSn_(1-x)I_(4-x)层状类钙钛矿杂合物的制备与性能[J];武汉理工大学学报;2013年07期

8 郭丽玲;翟晓雪;孙璋;刘韩星;;层状类钙钛矿有机-无机杂合物(C_nH_(2n+1)NH_3)_2SnI_4的第一性原理研究[J];武汉理工大学学报;2013年09期

9 亓淑艳;冯静;郭丽琴;张密林;;钙钛矿La_(0.5)Sr_(0.5)Mn_(1-x)Cr_xO_3的制备与磁性研究[J];武汉理工大学学报;2008年01期

10 郭丽玲;李鹏;刘韩星;;层状类钙钛矿有机-无机杂合物(C_nH_(2n+1)NH_3)_2MCl_4的溶解性研究[J];武汉理工大学学报;2008年03期

相关会议论文 前10条

1 李云龙;孙伟海;卞祖强;黄春辉;;高效的钙钛矿平面异质结太阳能电池研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会:能源纳米科学与技术[C];2014年

2 孟庆波;李冬梅;罗艳红;;界面调控与高效率钙钛矿太阳能电池[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第25分会:有机光伏[C];2014年

3 宋嘉兴;姚诗余;田文晶;;平面异质结低温溶液处理钙钛矿太阳能电池[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第25分会:有机光伏[C];2014年

4 杨月勇;肖俊彦;罗艳红;李冬梅;孟庆波;;基于碳电极高效率钙钛矿太阳能电池[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第30分会:低维碳材料[C];2014年

5 肖立新;郑灵灵;马英壮;王树峰;陈志坚;曲波;龚旗煌;;高效杂化钙钛矿光伏器件[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第17分会:光电功能器件[C];2014年

6 顾卓韦;吴刚;陈红征;;溶胶-凝胶法制备氧化锌-钙钛矿平面异质结太阳电池[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第25分会:有机光伏[C];2014年

7 张秋菊;李白海;陈亮;;Pt掺杂的CaTiO_3的自再生机理的计算研究[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年

8 苗君;乔利杰;姜勇;;钙钛矿多铁性氧化物异质结的低疲劳反转、磁电双弛豫、及缺陷调控[A];2012中国功能新材料学术论坛暨第三届全国电磁材料及器件学术会议论文摘要集[C];2012年

9 赵永男;孙振;;锆酸钡中空微球的掺杂及发光性能[A];第十二届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2012年

10 刘代俊;徐程浩;;微波对钙钛矿晶体的基本作用[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年

相关重要报纸文章 前2条

1 刘霞;钙钛矿材料成为高能效“帮手”[N];中国化工报;2013年

2 常丽君;钙钛矿材料实现电器自充电[N];中国化工报;2014年

相关博士学位论文 前10条

1 高皓;染料敏化/钙钛矿太阳电池中光吸收层的微纳结构调控研究[D];南京大学;2015年

2 陈奇;钙钛矿半导体中的瞬态物理过程研究[D];南京大学;2016年

3 武其亮;钙钛矿太阳能电池界面层材料及钙钛矿层形貌调控的研究[D];中国科学技术大学;2016年

4 孔伟光;有机—无机杂化钙钛矿的光学特性研究[D];浙江大学;2016年

5 王燕;H_2CaTa_2O_7层间插层修饰、剥离及性能研究[D];中国科学技术大学;2016年

6 徐鸣;有机聚合物及有机—无机杂化钙钛矿太阳能电池的界面优化研究[D];吉林大学;2016年

7 陶洪;基于二氧化钛纳米结构的敏化型太阳能电池的研究[D];武汉大学;2016年

8 张华;高效钙钛矿太阳能电池器件工作机理、界面电荷传输材料、稳定性研究[D];华中科技大学;2016年

9 叶加久;钙钛矿晶体生长及形貌控制对电池性能的影响及机理研究[D];中国科学技术大学;2017年

10 吕龙锋;聚合物太阳能电池与钙钛矿太阳能电池的界面修饰工程[D];北京交通大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 王卫卫;聚合物电荷传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用[D];苏州大学;2015年

2 代晓艳;TiO_2致密层与钙钛矿吸收层的制备及其光伏性能[D];合肥工业大学;2015年

3 董庆顺;钙钛矿太阳能电池中电荷收集层的研究[D];大连理工大学;2015年

4 冯明巧;热解ZIF-67在DSCs及钙钛矿太阳能电池中的应用[D];大连理工大学;2015年

5 刘舟;基于钙钛矿的有机无机杂化太阳能电池的制备和性能研究[D];北京化工大学;2015年

6 马中生;有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池中界面缓冲层的研究[D];苏州大学;2015年

7 朱慧敏;异质结型钙钛矿太阳能电池的研究[D];青岛科技大学;2015年

8 尹伟;基于形貌控制和界面修饰的倒装平面异质结钙钛矿太阳能电池的性能研究[D];南京大学;2016年

9 张一帆;钙钛矿电致发光器件的薄膜优化研究[D];吉林大学;2016年

10 蒋紫曜;钙钛矿太阳能电池和聚合物太阳能电池的工艺探索与性能研究[D];华东师范大学;2016年



本文编号:1556737

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/1556737.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户f1ef3***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com