热蒸镀法制备梯度带隙钙钛矿薄膜及太阳能电池的研究
发布时间：2020-05-05 09:07
【摘要】：太阳能是一种可再生的清洁能源,可以解决化石燃料产生的温室气体问题,在短短九年内,钙钛矿太阳能电池发展迅速,效率已达到23.2%。为了最大限度地利用太阳光,研究者们对钙钛矿薄膜的带隙工程进行了探究,实现进一步利用太阳光的方法之一是制备具有梯度带隙的钙钛矿薄膜。本论文通过热蒸镀法蒸发不同质量比的MAPbBr3和MAPbI3单晶制备了梯度带隙混合卤化物钙钛矿薄膜;并采用单源热蒸镀法和旋涂法制备了基于MAPbI3吸收层的电池器件,主要研究内容如下:(1)采用逆温结晶法制备大量的MAPbBr3和MAPbI3单晶样品,通过热蒸镀这两种钙钛矿单晶制备了 7种MAPbBr3/MAPbI3混合卤化物钙钛矿薄膜,MAPbBr3和MAPbI3的质量比分别为6:0、5:1、4:2、3:3、2:4、1:5和0:6,每种薄膜的总厚度均约为400 nm。计算出MAPbBr3/MAPbI3混合薄膜的带隙随着MAPbI3与MAPbBr3单晶质量的比例逐渐变化,变化范围为1.43 eV(MAPbI3)到2.28 eV(MAPbBr3)。该研究开发了一种制备梯度带隙混合卤化物钙钛矿薄膜的方法,有望应用于光电领域,例如串联太阳能电池中。(2)通过蒸镀有机部分(MAI)与无机部分(PbI2)不同摩尔比的MAPbI3钙钛矿单晶制备成钙钛矿薄膜,以及蒸镀不同质量的MAPbI3钙钛矿单晶制备不同厚度的钙钛矿薄膜,采用不同条件下制备的钙钛矿薄膜制备了结构为ITO/Sn02/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Ag的太阳能电池,并对其光电转换效率进行了测量,探究出单源热蒸镀法制备MAPbI3钙钛矿太阳能电池的最优条件:采用蒸镀0.6 g MAI:PbI2=1.5:1(摩尔比)的MAPbI3钙钛矿单晶而成的薄膜制备太阳能电池,光电转换效率最高,为4.56%。(3)通过单源热蒸镀法和一步旋涂法制备了 MAPbI3钙钛矿薄膜,并基于两种方法的薄膜制备了太阳能电池,经检测发现后者的光电转换效率高于前者,其光电转换效率为14.42%。通过对构成电池器件的两种薄膜进行对比分析,发现MAPbI3薄膜的结晶度对光电转换效率影响显著,结晶度越高,其光电转换效率越高。这为今后高效钙钛矿太阳能电池的研究提供了指导。
【图文】：
加致密均匀，在中等湿度环境中进行退火进一步增强了薄膜质量。逡逑对于两步法，首先用旋涂Ｐｂｌ２溶液在基底，生成？１３１２层，然后在Ｐｂｌ２薄膜上逡逑旋涂溶解在２－丙醇溶剂的ＣＨ３ＮＨ３Ｉ溶液。图１－３邋（ａ）描述了一步旋涂法和二步旋逡逑涂法技术所涉及到的步骤。结晶速度和持续时间、操作温度、溶液粘度和润湿性逡逑是制备高质量钙钛矿薄膜的关键因素。逡逑实验数据表明，与二步旋涂法相比，一步旋涂法更易控制薄膜的形貌，因此逡逑薄膜重现性更好，在控制晶粒生长和提高光电转换效率方面具有更大的潜力。逡逑（ａ）逡逑／邋Ｊｙ邋０ＮＣ－ＳＴＥＰＣ０ＡＴ！Ｎ＜３逦土１逡逑逦邋邋邋邋邋邋邋ｐＨＨＳＳＳ＾’逦ｉｉ媜■逡逑＇、１１；！？逡逑＾邋ｐｈｙｏｍ邋＾邋ＣＨｊＮＨｊｉ／ｉｍ逡逑／邋１逡逑＼Ｍ逡逑ＴＷＯ－ＳＴＥＰ邋ＣＯＡＴＩＮＧ逦＾逡逑．…？逦逦逦逦逦逦逦逦逡逑ｓｏｕｒｃｅ逡逑图１－３使用不同的沉积方法制备ＭＡＰｂＸ３薄膜：（ａ）基于Ｐｂｌ２和ＭＡＩ混合溶液的一步旋涂逡逑方法，以及Ｐｂｌ２和ＭＡＴ溶液的二步顺序旋涂［１９］；邋（ｂ）双源共蒸发ＰｂＣｋ和ＭＡＩ［２Ｑ］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＭＡＰｂＸ３邋ｆｉｌｍｓ邋ｕｓｉｎｇ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｍｅｔｈｏｄｓ：邋（ａ）邋ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔｅｐ逡逑ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋ａ邋ｍｉｘｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｐｂｈ邋ａｎｄ邋ＭＡＩ
逡逑图１＊４是由气相沉积和旋涂方法制成的钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜图像和逡逑构建的太阳能电池的截面图。图１－４邋（ａ）显示的气相沉积制成的薄膜高度均匀，逡逑且全面覆盖，而图１－４邋（ｂ）中基于旋涂方法制成的钙钛矿薄膜不能够完全涂覆在逡逑基材上。图１－４邋（ｃ）和（ｄ）显示了完整的太阳能电池截面图；气相沉积制成的钙逡逑钛矿薄膜均匀，旋涂方法制成的薄膜高度光滑，晶粒尺寸很大。图１－４邋（ｅ）和（ｆ）逡逑是大范围的截面图，可以清楚地观察到，气相沉积方法制成的钙钛矿薄膜几乎是逡逑平直的，其薄膜厚度约为３３０邋ｎｍ。相反，由旋涂方法制成的钙钛矿薄膜形状为波逡逑浪状，薄膜厚度在５０邋ｎｍ至４１０邋ｎｍ的范围内变化。逡逑尽管热蒸镀法制备的ＰＳＣｓ的ＰＣＥ仍低于旋涂法制备的ＰＳＣｓ，但热蒸镀法具逡逑有许多优点：可控制各前驱体的蒸发速率
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4;TB383.2
本文编号：2649873
【图文】：
加致密均匀，在中等湿度环境中进行退火进一步增强了薄膜质量。逡逑对于两步法，首先用旋涂Ｐｂｌ２溶液在基底，生成？１３１２层，然后在Ｐｂｌ２薄膜上逡逑旋涂溶解在２－丙醇溶剂的ＣＨ３ＮＨ３Ｉ溶液。图１－３邋（ａ）描述了一步旋涂法和二步旋逡逑涂法技术所涉及到的步骤。结晶速度和持续时间、操作温度、溶液粘度和润湿性逡逑是制备高质量钙钛矿薄膜的关键因素。逡逑实验数据表明，与二步旋涂法相比，一步旋涂法更易控制薄膜的形貌，因此逡逑薄膜重现性更好，在控制晶粒生长和提高光电转换效率方面具有更大的潜力。逡逑（ａ）逡逑／邋Ｊｙ邋０ＮＣ－ＳＴＥＰＣ０ＡＴ！Ｎ＜３逦土１逡逑逦邋邋邋邋邋邋邋ｐＨＨＳＳＳ＾’逦ｉｉ媜■逡逑＇、１１；！？逡逑＾邋ｐｈｙｏｍ邋＾邋ＣＨｊＮＨｊｉ／ｉｍ逡逑／邋１逡逑＼Ｍ逡逑ＴＷＯ－ＳＴＥＰ邋ＣＯＡＴＩＮＧ逦＾逡逑．…？逦逦逦逦逦逦逦逦逡逑ｓｏｕｒｃｅ逡逑图１－３使用不同的沉积方法制备ＭＡＰｂＸ３薄膜：（ａ）基于Ｐｂｌ２和ＭＡＩ混合溶液的一步旋涂逡逑方法，以及Ｐｂｌ２和ＭＡＴ溶液的二步顺序旋涂［１９］；邋（ｂ）双源共蒸发ＰｂＣｋ和ＭＡＩ［２Ｑ］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＭＡＰｂＸ３邋ｆｉｌｍｓ邋ｕｓｉｎｇ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｍｅｔｈｏｄｓ：邋（ａ）邋ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔｅｐ逡逑ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋ａ邋ｍｉｘｔｕｒｅ邋ｏｆ邋Ｐｂｈ邋ａｎｄ邋ＭＡＩ
逡逑图１＊４是由气相沉积和旋涂方法制成的钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜图像和逡逑构建的太阳能电池的截面图。图１－４邋（ａ）显示的气相沉积制成的薄膜高度均匀，逡逑且全面覆盖，而图１－４邋（ｂ）中基于旋涂方法制成的钙钛矿薄膜不能够完全涂覆在逡逑基材上。图１－４邋（ｃ）和（ｄ）显示了完整的太阳能电池截面图；气相沉积制成的钙逡逑钛矿薄膜均匀，旋涂方法制成的薄膜高度光滑，晶粒尺寸很大。图１－４邋（ｅ）和（ｆ）逡逑是大范围的截面图，可以清楚地观察到，气相沉积方法制成的钙钛矿薄膜几乎是逡逑平直的，其薄膜厚度约为３３０邋ｎｍ。相反，由旋涂方法制成的钙钛矿薄膜形状为波逡逑浪状，薄膜厚度在５０邋ｎｍ至４１０邋ｎｍ的范围内变化。逡逑尽管热蒸镀法制备的ＰＳＣｓ的ＰＣＥ仍低于旋涂法制备的ＰＳＣｓ，但热蒸镀法具逡逑有许多优点：可控制各前驱体的蒸发速率
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4;TB383.2
【参考文献】
相关硕士学位论文 前6条
1 王雨萌;低温等离子体辅助真空闪蒸法制备钙钛矿太阳能电池[D];北京印刷学院;2019年
2 贺琦琦;室温溶液法制备铜掺杂氧化镍纳米粒子应用于钙钛矿太阳电池及其性能研究[D];南昌大学;2018年
3 张冰;有机卤化物CH_3NH_3PbX_3材料光学性能研究[D];北京交通大学;2017年
4 车敏;基于两步旋涂法的高性能钙钛矿太阳能电池研究[D];中国矿业大学;2017年
5 孙旭;钙钛矿太阳能电池有效层及界面研究[D];西安电子科技大学;2017年
6 柯笑晗;有机—无机杂化金属卤化物钙钛矿薄膜的制备与表征[D];北京交通大学;2016年
，本文编号：2649873
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