有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池成份调控及性能研究

发布时间：2020-07-23 10:53

【摘要】：有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池,因其制备工艺温和、光电转换效率高并且成本低,是最具有应用潜力的新能源电池,然而降低钙钛矿中铅的毒性以及扩展可穿戴柔性功能,是产业化应用的发展方向。本文研究了一种新型锡铅合金钙钛矿太阳能电池的制备方法与基于云母基底的柔性钙钛矿太阳能电池的组装工艺,并深入研究调控钙钛矿成分以及云母湿热性能对电池光电转换效率的影响。主要研究内容包括以下两个方面:(1)无机金属锡直接置换有机铅卤化物,在70℃下,Sn与甲胺铅碘(CH_3NH_3PbI_3或MAPbI_3)溶液之间进行取代反应,形成锡铅混合钙钛矿薄膜,反应时间为1天时,Sn含量为15%,其光电转换效率达到12.46%,成功制备出低毒性的钙钛矿太阳能电池。这种置换策略可以利用新的方向进一步探索不同的活性金属,用较低温度条件取代活性较低的有机金属体系,既可降低环境污染又可以节约成本。(2)采用以层状结构导电云母为基底,制备p-i-n结构的钙钛矿太阳能电池,获得最大光电转换效率可达18%。在双85的湿热环境(85℃,85%RH)下,以云母为基底并且封装的钙钛矿薄膜,在24 h内其稳定性保持90%,PET基钙钛矿在同一时期降解90%;电池效率在6 h内可以保持80%以上,24 h后效率仍可维持原有效率的60%,基于PET的钙钛矿太阳能电池6 h后,几乎失去了所有效率,良好的环境稳定性为钙钛矿太阳能电池的商业化提供了进一步的发展。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4
【图文】：

- 2 -成最密立方堆积，可以稳定钙钛矿结构；B位元素离子半径一般较小，与6个X阴离子配位，其占据立方密堆积中的八面体中心（如图1-1所示），其通常可以决定钙钛矿结构类型。[5]如果A离子很小，或者B离子很大，更易生长成斜方晶系，菱形结构或四方结构，而不是理想的立方结构。但是当A离子比较大时，钙钛矿更容易生长成二维层状结构[6]或者是一维链状结构，或者是其他超结构[7]，例如

- 7 -电池的工作原理阳能电池主要由透明导电基底、电子极层组成。在接受太阳光照射时，钛矿层吸收光子产生电子-空穴对。子或者成为自由载流子，或者形成传到电子传输层和空穴传输层收集后被透明导电基底收集；空穴从钙收集，在此处与自由电子结合，形（c）介观结构钙钛矿太阳能电池图 1-2 钙钛矿太阳能电池的结构示意图

1.3 钙钛矿太阳能电池大的研究进展1.3.1 Sn 基钙钛矿太阳能电池的研究进展低毒性的有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）由于可以通过捕获太阳光并将其转化为环境友好和可持续的能量而引起了越来越多的关注和广泛的研究。金属卤化物钙钛矿太阳能电池的功率转换效率在短短 10 年内从 3.8％飙升至 24.2％[62, 63]。金属卤化物钙钛矿是一种杰出的光吸收材料和载流子转运体，具有高的消光系数，优异的双极电荷迁移率，低激子结合能和可调节的带隙[32, 64-68]。钙钛矿太阳能电池可通过溶液加工方法与高产量印刷和涂层技术相结合，轻松且经济高效地制备，这对于工业应用中实际和可扩展的太阳能收集具有吸引力。然而，稳定性和毒性问题对于大规模制备钙钛矿太阳能电池是非常大的挑战。随图 1-3 钙钛矿太阳能电池的工作原理图

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