新型碳基复合材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

发布时间：2018-12-31 13:35

【摘要】：钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)作为新型第三代太阳能电池,因其光电转换效率高,制作工艺简单,原材料来源广泛,近几年受到了各国科研工作者们的广泛关注。在PSCs对电极材料方面,传统的钙钛矿太阳能电池都是采用金属薄膜(Ag、Au和Pt)作为电极,且需添加稳定性较差的空穴传输材料(HTM)。这些材料成本高昂,不符合PSCs未来面向大面积,工业化生产的目标。碳材料化学性质稳定、价格低廉、含量丰富、且拥有与Au相近的费米能级;是代替HTM材料和贵金属电极的很好选择。本实验通过水热合成的方法制备新型碳复合材料,将其作为PSCs的对电极材料进行研究。首先,通过水热合成的方法制备In_(2.77)S_4材料,通过添加炭黑、导电碳和碳纳米管制备得到In_(2.77)S_4/Cb、In_(2.77)S_4/Cc和In_(2.77)S_4/CNTs对电极材料,并应用于PSCs进行电池组装。J-V测试结果表明,In_(2.77)S_4/CNTs材料的应用效果最佳。在此基础上将In_(2.77)S_4与不同比例CNTs掺杂制备对电极材料,发现在In_(2.77)S_4与CNTs质量比为1:4时,PSCs取得的光电性能最优。对比分析In_(2.77)S_4/CNTs复合材料和CNTs应用在PSCs上的性能参数,表明基于In2 77S4/CNTs的对电极能够有效提升电池的性能,其光电转换效率(PCE)达到5.92%。这种PSCs电池在空气气氛、室光和30-55%湿度下的稳定性250 h。其次,采用水热合成法制备凹土/Cc复合材料,并对其进行表征分析。分别将凹土、凹土/Cc和Cc作为阴极材料,制备对电极浆料,通过简单喷涂应用于PSCs中,J-V测试结果表明,凹土/Cc对电极材料展现了良好的导电性和催化性。制备不同质量比的凹土/Cc复合材料应用于PSCs,在基于凹土与Cc比例为1:4的PCE上得到了 7.17%的光电转换效率。最后,在碳材料对电极基础上,考察了两种不同构型(二异丙氧基双乙酰丙酮钛(Ticac)致密层与ZrO_2电子传输层)的PSCs的性能。J-V测试结果表明,在Ticac致密层上添加多孔层后,PSCs性能提升。检测ZrO_2构型PSCs的性能参数,发现TiO_2-ZrO_2结构的PSCs拥有更好的光电性能。
[Abstract]:Perovskite solar cell (Perovskite Solar Cells,PSCs), as a new third generation solar cell, has been widely concerned by researchers all over the world in recent years because of its high photoelectric conversion efficiency, simple fabrication process and wide source of raw materials. Traditional perovskite solar cells use metal thin films (Ag,Au and Pt) as electrodes for PSCs counter electrode materials, and need to add (HTM)., which is not stable hole transport material. These materials are expensive and do not meet PSCs's goal of facing large area and industrial production in the future. Carbon materials have stable chemical properties, low price, rich content, and have similar Fermi energy levels to Au, which is a good choice to replace HTM materials and noble metal electrodes. In this experiment, a new type of carbon composite was prepared by hydrothermal synthesis and used as the electrode material of PSCs. Firstly, In_ (2.77) S _ 4 was prepared by hydrothermal synthesis, and In_ (2.77) S _ 4 / Cb. was prepared by adding carbon black, conducting carbon and carbon nanotubes. In_ (2.77) S_4/Cc and In_ (2.77) S_4/CNTs were used to assemble the electrode materials, and the J-V test results showed that In_ (2.77) S_4/CNTs was the most effective. On this basis, In_ (2.77) S _ 4 was doped with different proportion of CNTs to prepare the opposite electrode material. It was found that when the mass ratio of In_ (2.77) S _ 4 to CNTs was 1:4, the optoelectronic properties of PSCs were the best. The performance parameters of In_ (2.77) S_4/CNTs composite and CNTs applied in PSCs are compared and analyzed. The results show that the counter electrode based on In2 77S4/CNTs can effectively improve the performance of the battery, and its photoelectric conversion efficiency (PCE) reaches 5.92%. The stability of the PSCs cell is 250 h in air atmosphere, room light and 30-55% humidity. Secondly, the concave soil / Cc composites were prepared by hydrothermal synthesis and characterized. Concave soil / Cc and Cc were used as cathode materials to prepare opposite electrode paste. The J-V test results showed that concave soil / Cc showed good electrical conductivity and catalytic property to electrode material. The optoelectronic conversion efficiency of PSCs, was 7.17% when the ratio of attapulgite to Cc was 1:4 on the PCE with different mass ratio of attapulgite / Cc. Finally, the properties of PSCs with two different configurations (diisopropylidene diacetylacetone titanium (Ticac) compact layer and ZrO_2 electron transport layer) were investigated on the basis of carbon material pair electrode. After adding porous layer to Ticac dense layer, the performance of PSCs is improved. It is found that PSCs with TiO_2-ZrO_2 structure has better optoelectronic performance by detecting the performance parameters of ZrO_2 configuration PSCs.
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.4

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本文编号：2396657