基于金属电极的柔性半透明钙钛矿太阳能电池的研究

发布时间：2018-04-11 11:37

本文选题：钙钛矿太阳能电池 + 半透明　；参考：《吉林大学》2017年硕士论文

【摘要】：近几年,关于廉价而且工艺简单的基于有机无机杂化的金属卤化物钙钛矿和它们的杂化卤化物钙钛矿型太阳能电池(Pe SCs)的报导呈喷井式增长。自2009年制备出第一块Pe SCs到2017年,器件的效率已经从3.8%飞速增长到21.6%。而且Pe SCs还具备高机械柔性,可低温溶液法制备,成本等优点。之前,Pe SCs的研究一直专注于提高器件的光电转化效率上。科学家们致力于通过优化器件的结构、器件各功能层的材料、器件各功能层的制备方法以及研究器件的工作机理不断提高电池光电效率。因为柔性的太阳能电池单位质量能量大,便于携带,兼容于可穿戴器件;半透明太阳能电池可在不影响美观的情况下,应用在窗户,建筑物的屋顶以及表墙上,转化太阳光提供能量,所以科学家们在致力于不断提高电池效率的同时,也特别关注柔性,半透明度的太阳能电池的研究工作。传统的有机太阳能电池虽然有制备柔性半透明器件的潜力,但是器件效率低,制备为柔性半透明器件后,效率又进一步降低,无法满足实际应用的需求。从2013年以来,柔性半透明Pe SCs的相关报道开始涌现。钙钛矿薄膜具有高光吸收系数和远大于其它有机光吸收材料的电子空穴传输距离,所以即使将钙钛矿薄膜减薄以适应半透明器件的要求,器件依然能够达到很高的效率。而且钙钛矿薄膜的机械柔性远高于一般的有机光吸收层,可在反复弯折下保持性能,Pe SCs可低温溶液法制备兼容于柔性的塑料衬底。因此钙钛矿太阳能电池比传统的有机太阳能电池更适合于制备柔性半透明的器件,柔性半透明Pe SCs成为Pe SCs领域的一个重要分支。目前Pe SCs中最普遍使用的电极是ITO,将ITO溅射到PET等塑料衬底后的PET/ITO电极是柔性Pe SCs最常见的电极,但是ITO电极昂贵而脆弱,不仅会大大增加器件的成本,而且在反复弯折下极易产生裂缝,不利用于太阳能电池柔性的展示。因此寻找一种可以替代ITO的理想的透明电极作为器件的底电极是目前的当务之急。而半透明器件中要求设计具有低成本,半透明的,高导电率,优越机械柔性,无需湿化学和高温条件的顶电极,这也是目前的一个技术难点。本文设计使用超薄的金电极代替传统的ITO电极作为半透明Pe SCs的底电极,后为了进一步提高透过率,将其优化为Mo O3/Au。我们设计Mo O3/Au/Ag/Mo O3/Alq3结构的超薄多层薄膜作为顶电极以提高整个器件的透过率。本实验采用低温溶剂蒸汽辅助的一步溶液法在柔性衬底上制备钙钛矿薄膜。钙钛矿太阳能电池的光电转化效率可达8.67%,并且在500-2000 nm波段的平均光透过率可达15.94%。通过进一步减薄底电极的厚度,平均光透过率可以被进一步增强到31.61%。而且,Pe SCs表现出优越的柔性和机械强度,在以曲率半径为3.9 mm弯折1000次以后,器件依然能保持88%的原始效率。优化底电极后,Pe SCs的器件效率为6.96%,器件在可见光范围内的平均透过率为18.16%。Pe SCs优异的机械柔性并没有受到影响,在曲率半径为4 mm的条件下,弯曲1000次后依然可以保持其原始效率的73%。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.4

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