反式钙钛矿太阳能电池器件工艺的优化及基础研究

发布时间：2020-06-04 01:14

【摘要】：近几年来,有机-无机杂化卤化钙钛矿太阳能电池因其具有较高的光电转换效率,且可以低成本制备,逐渐成为了光伏领域的新一代研究热点。钙钛矿太阳能电池具有多种不同的器件结构,主要包括正置介孔结构,正置平面异质结结构和反式平面异质结结构,反式平面结构因其结构简单且可溶液制备并且实验工艺易重复,所以具有制备成为柔性器件以及产业化大规模加工等可行性,备受国内外研究人员的广泛关注。研究至今,反式平面钙钛矿太阳能电池领域最常见如下两个问题:一是如何确保钙钛矿晶体的高结晶度以及均匀生长和平整致密多晶薄膜的形成;二是器件各层材料的能级带隙互相之间是否可以实现理想的匹配。本论文的主要工作是通过针对光伏器件的几大基本性能参数优化的角度,以低成本易重复为前提,对反式钙钛矿太阳能电池器件从几个不同方面入手进行工艺的优化和基础的研究。主要工作分为以下三个部分:(1)基于更匹配的带隙与能级,更换反式钙钛矿电池器件的空穴传输材料,优化空穴传输层的制备,以提高基础器件的开路电压。主要工作包括:空穴传输材料的选择与合成,具体为NiO_x和CuO_x纳米颗粒及其分散液的制备、不同空穴传输层的制备、基于各传输材料体系的反式器件的制备与表征,最终得到基于NiO_x的最优器件,功率转换效率超过15%。(2)通过对钙钛矿层制备工艺的优化,选择醋酸铅作为铅源,基于一步法旋涂无反溶剂制备工艺与反溶剂工艺(甲苯)进行对比,且基于甲苯摸索合适的反溶剂滴加时间及其规律。随后在无反溶剂工艺前提下,选择合适铅源制备钙钛矿薄膜,并在此基础上对前驱体进行掺杂,得到了高重复性的高效率器件,最优器件的转换效率超过17%。(3)通过三类不同的添加剂探究了不同机理下添加剂对于钙钛矿层形貌的影响,进而讨论对于器件起到的不同优化作用。主要工作包括:碳量子点对于晶界的钝化作用(基于该体系的器件效率超过18%)、相近结构纯无机钙钛矿铁酸铋晶核的引入(基于该体系的器件效率超过15%)、无机盐NH_4SCN的晶粒尺寸的优化(基于该工艺的钙钛矿薄膜晶粒尺寸达到2.7μm)。
【图文】：

图 1.2 钙钛矿太阳能电池器件效率 2013 年至今的发展趋势太阳能电池的发展矿太阳能电池的早期研究太阳能电池是一种采用有机-无机杂化卤化钙钛矿作为器件的吸光。传统的钙钛矿材料的晶体结构通常具有三维的 ABX3八面体构型示，其结构具备独特的光学性质和电传导性[10]。A 代表正一价的有甲胺离子 MA+，甲脒离子 FA+，铯离子 Cs+），B 为正二价的金属2+，锡离子 Sn2+），X 则常为卤素阴离子（氟 F-，氯 Cl-，溴 Br-）[1

图 1.2 钙钛矿太阳能电池器件效率 2013 年至今的发展趋势太阳能电池的发展太阳能电池的早期研究阳能电池是一种采用有机-无机杂化卤化钙钛矿作为器件的吸光传统的钙钛矿材料的晶体结构通常具有三维的 ABX3八面体构型示，其结构具备独特的光学性质和电传导性[10]。A 代表正一价的胺离子 MA+，甲脒离子 FA+，铯离子 Cs+），B 为正二价的金属，锡离子 Sn2+），X 则常为卤素阴离子（氟 F-，，氯 Cl-，溴 Br-）
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4

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本文编号：2695664