钙钛矿太阳能电池界面修饰及成分调控研究

发布时间：2020-05-16 23:23

【摘要】：经济的高速发展需要大量的能源需求,这导致了传统能源的急剧短缺和价格上涨,环境也遭到了恶化。但是,新能源的发展能够很有效地解决这个问题。其中,通过利用光伏效应将光直接转化为电的太阳能电池器件是备受大家关注的新能源技术之一,具有高效率、低成本、制备简便的优点,钙钛矿被认为是最具有发展前景的太阳能电池之一,当前钙钛矿太阳能电池最高效率已达23.6%。然而,稳定性及Pb含量是阻碍其大规模商业化进程的主要原因。针对上述问题,本文采用旋涂法制备疏水层酞菁锡薄膜修饰钙钛矿以提高器件稳定性;其次,以CaBr_2掺杂到无机钙钛矿CsPbBr_3中,以降低其中有毒铅的含量,并探究Ca~(2+)掺杂量对电池器件性能的影响,详细内容和结论如下:以酞菁锡(SnPc)薄膜作为疏水界面修饰层,通过溶液旋涂法将其制备在MAPbI_3钙钛矿表面进行修饰。扫描电镜(SEM)测试表明酞菁锡薄膜在钙钛矿表面均匀分布,从而有利于后期薄膜生长制备;疏水角和原子力显微镜(AFM)测试结果表明酞菁锡具有性能,分布均匀的疏水薄膜能够有效阻挡水分进入到钙钛矿中;光致发光光谱(PL)和阻抗谱图(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)测试结果分析表明,能带匹配的酞菁锡修饰层能够增强载流子传输速率,降低界面中电子和空穴的复合的机率;光伏性能测试表明,基于FTO/TiO_2/MAPbI_3/SnPc/Spiro-OMeTAD/Au的电池器件获得光电转换效率的明显提高,1mg/ml酞菁锡(SnPc)修饰的电池器件光电转换效率比原始的PCE=13.2%增加到PCE=15.62%;并且在环境条件为(25℃,相对湿度RH=30%)下90天,器件还能维持86%的高稳定性效率;然而,未经修饰的电池器件的长期光电转换效率60天后只维持原始的10%。利用两步法制备无机钙钛矿CsPbBr_3薄膜,并通过掺杂CaBr_2来减少Pb含量,通过扫描电镜(SEM)分析不同含量Ca~(2+)对钙钛矿薄膜晶粒形成的影响,5%Ca~(2+)掺杂时能够促进晶粒长大;X射线光电子能谱(XPS)测试和电子探针(EPMA)成分分析表明Ca~(2+)成功掺杂到钙钛矿上并且均匀分布在钙钛矿表面;原子力显微镜(AFM)测试分析表明一定量的Ca~(2+)掺杂能够降低表面粗糙度;光伏性能测试表明,基于不同含量Ca~(2+)掺杂的CsPbBr_3钙钛矿太阳能电池器件具有不同光电转换效率,并在5%Ca~(2+)含量时展现出最优的光电转换效率PCE=8.16%,相比未掺杂电池器件PCE=7.21%提升了13%。
【图文】：

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1. 绪论引言着全球经济的高速发展及人口的急剧膨胀，导致全世界的能源需求也在不然而，对于目前来看，由传统能源生产及消费带来的环境问题愈加严重，燃料的快速枯竭威胁到了各国的能源安全问题。据专家预测，在未来的 20球能源总消耗将比现在增加 40%左右[1]。因此，清洁可再生能源的发展将成大趋势。属于清洁能源有太阳能，风能，物质能，潮汐能等等，由于生物低、地域分布不均匀的原因，影响了生物质能的大规模的发展。相对而言、利用率充分的太阳能是最具有发展潜力的[2]。只要将太阳单次辐射到地球0.05%就能够满足全球能源总消耗量。在科研工作者的不懈努力下，太阳能利得飞速的发展，以及生产成本的降低，，促进了太阳能电池的广泛商业化应用[

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华中科技大学硕士学位论文矿材料作为光吸收层吸收光并分离出电子和空穴对[10]。第三代新型太阳能电池在研人员几年的研究进展下，光电转换效率得到了突飞猛进的进展，由于其具有比简单的制备方法，低廉的价格，绿色环保等优点，促使他们有望成为下一代商业太阳能电池。其中，钙钛矿太阳能电池无疑是当今太阳能电池研究的重大热门。1.2 展示了太阳能电池的近四十年来研究进展报告。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4

【参考文献】