气相辅助溶液法制备具有双电子传输层的平面钙钛矿太阳电池研究

发布时间：2020-04-02 11:36

【摘要】：有机/无机杂化钙钛矿材料由于其具有较长的电荷扩散长度、较高的光吸收系数、合适的禁带宽度等优点受到广泛关注。本文采用低压气相辅助溶液法制备了结构为FTO/TiO_2致密层/CH3NH3Pb I3/Spiro-OMe TAD/Au的平面钙钛矿太阳电池。反测条件下,电池的最佳转换效率为10.61%,填充因子为60.82%。在钙钛矿太阳电池中,电子传输层在阻挡空穴和传输电子方面起到了至关重要的作用。于是在本文中,于TiO_2层和CH3NH3Pb I3层之间采用溶液法制备PCBM电子传输层,并采用低压气相辅助溶液法制备CH3NH3Pb I3层,获得TiO_2/PCBM双电子传输层钙钛矿太阳电池。反测条件下,电池的最佳转换效率为14.75%,填充因子为65.58%。PCBM层提升了电池的效率,减小了滞回效应。进一步,于TiO_2层和CH3NH3Pb I3层之间采用溶液法制备富勒烯电子传输层,也采用低压气相辅助溶液法制备CH3NH3Pb I3层,获得TiO_2/富勒烯双电子传输层钙钛矿太阳电池。反测条件下,电池的最佳转换效率为16.58%,填充因子为75.91%。尽管,富勒烯部分溶解于DMF溶液中,但是实验表明TiO_2/富勒烯双电子传输层显著增强了电池的性能,滞回效应减小。由于富勒烯不能完全覆盖住FTO衬底,因此只采用富勒烯层作为电子传输层的电池转换效率仅为4.29%。通过对基于TiO_2/富勒烯双电子传输层电池的等效电路分析和CH3NH3Pb I3薄膜的荧光寿命分析,证明了富勒烯有利于电子从CH3NH_3PbI_3薄膜注射到TiO_2层。
【图文】：

示意图,钙钛矿结构,示意图,可调型

收强、迁移率高、载流子寿命长、可调型的钙钛矿材料的结构为 ABX3，其晶，12 个 X 离子包围了位于立方晶胞中配位数为 12；6 个 X 离子包围了位于，B 离子配位数为 6。由于离子半径较堆积。可以通过容忍因子 t 和八面体因体结构[8]，其中：2(RR)RtBXAXR XBRRμ 离子的半径(m)。可以导致晶体发生相变。

钙钛矿,太阳电池,结构示意图

图 1-2 钙钛矿太阳电池结构示意图图 1-2 为钙钛矿太阳电池的结构示意图。该图描绘了钙钛矿太阳电池结构的演变过程。第一种结构是 Park[5]等人制备的钙钛矿量子点敏化太阳电池，它是将2-3nm 的钙钛矿纳米颗粒旋涂在二氧化钛表面制备的钙钛矿太阳电池。这种电池钙钛矿沉积的浓度比较低，空穴传输材料会浸入 TiO2介孔层中，增加电荷复合。第二种结构是 Snaith 等人[7]把多孔 TiO2骨架层换成 Al2O3骨架层，制备的介观超结构的异质结太阳电池。在这种结构中，一层薄薄的钙钛矿薄膜在 Al2O3表面上形成，空穴传输层同样会渗入到 Al2O3骨架层中，增加电荷复合。第三种是采用TiO2介孔层作为骨架层制备的介孔钙钛矿太阳电池[8]。钙钛矿将 TiO2介孔层填满，并形成钙钛矿帽子层。第四种结构是没有 TiO2介孔层的平面钙钛矿电池，它是 p-i-n 结构的钙钛矿太阳电池[24]，，钙钛矿薄膜能够起到传输电子和空穴的作用。在平面钙钛矿太阳电池的基础上，韩宏伟等人[25]采用 C 电极来代替 Au 电极，制备了转换效率为 10.64%的无 HTM 层的钙钛矿太阳电池。此外，Malinkiewicz等人[26]分别采用 PCBM 作为电子传输层（ETM）、PEDOT:PSS 作为 HTM、钙钛矿作为吸光层组装了基于有机太阳电池结构的钙钛矿太阳电池，转换效率超过
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.4

【参考文献】