高效平面单结及叠层钙钛矿太阳能电池性能优化
发布时间：2020-10-13 07:15
有机无机杂化钙钛矿吸光材料具有非常优异的光学及电学性质,消光系数高、载流子寿命长、激子分离能低。钙钛矿太阳能电池因为其转化效率高、制作成本低而受到极大关注与研究,溶液法制备的钙钛矿器件效率已经超过23%。钙钛矿也可以通过不同的组分调控改变带隙,可从1.17到2.3 eV范围内进行变化。叠层钙钛矿电池技术可以将一个宽带隙的顶电池和一个窄带隙的底电池进行结合,效率超过单结钙钛矿电池的Shockley-Queisser(SQ)理论效率。本论文系统研究了基于SnO2电子收集层的平面结构钙钛矿太阳能电池以及锡铅混合窄带隙反式平面结构钙钛矿电池的性能提升,分别达到了超过21.01%和18.66%的转化效率。我们进一步采用四端叠层技术,将半透明电池与窄带隙电池结合制备了 23.66%效率的全钙钛矿叠层电池。首先,我们使用等离子体增强型原子层沉积技术制备了低于100℃的SnO2薄膜,其质量非常好,均匀地沉积在导电衬底上。通过富勒烯自组装层(C60-SAM)界面修饰,MAPbI3钙钛矿效率达到19.03%。但是,该电池存在较大的回滞,我们利用开尔文探针力显微镜(KPFM)测试,得到回滞的产生是由于低温制备SnO2的电子传输性不佳,对应钙钛矿中电荷传输不平衡引起的。我们通过加热后处理方式改善了电荷迁移率,减小了回滞,同时提升了电池效率。MA0.7FA0.3PbI3钙钛矿器件稳态输出效率达到20.3%。为了解决柔性电池的回滞问题,我们通过水蒸气加热处理方式继续改善SnO2的导电性,减弱柔性电池的回滞,最终实现了18.36%的柔性钙钛矿太阳能电池。接下来,我们将FAPbI3与MAPbI3进行不同比例的混合,得到MA0.7FA0.3PbI3钙钛矿器件性能最优,但是钙钛矿吸光层质量不好,然后我们通过添加Pb(SCN)2增加钙钛矿晶粒,实现了 20%以上的效率。针对钙钛矿器件光照稳定性问题,我们进一步引入CsPbI3无机钙钛矿,通过阳离子掺杂,得到CsMAFA三元阳离子钙钛矿吸光层,且效率得到提升,达到20.4%。同时,钙钛矿器件的光照稳定性显著增加,经过20000秒的太阳光照射,器件仍然保持了 97%的初始效率。通过疏水性聚合物掺杂,配合优化退火方式,我们得到了 21.01%的平面钙钛矿电池和18.71%的柔性电池。然后,我们采用锡铅混合钙钛矿制备窄带隙电池,经过组分优化,得到MA0.4FA0.6Pb0.4Sn0.6I3钙钛矿带隙为1.25eV,效率超过17%。但是钙钛矿晶粒仍然比较小,我们优化了退火过程,在一定的空间内进行退火,得到了大晶粒高质量的钙钛矿薄膜,晶粒尺寸超过一微米,载流子寿命超过300纳秒,电池效率超过 18.66%。最后,我们通过添加溴增加钙钛矿的带隙,经过薄膜质量的优化,宽带隙电池的效率超过了 18.58%。我们通过制备新型透明电极,结合平面宽带隙钙钛矿电池,得到了半透明电池效率为16.02%,且在长波长范围内的透射超过70%。我们将半透明电池与窄带隙电池进行叠加,最终得到了 23.66%的四端叠层全钙钛矿电池。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：
低温、低成本、大面积制作等优点，近年来得到了研宄者的广泛关注，并取得了??飞跃式的进展，在现在的能源领域成为了一种明星材料。??图１．１．１．１〇？）是现在各种光伏器件的最高性能与其５１１０＃保迹蓿?ǎ蓿保蓿担担叮保保ǎ蓿ǎ玻├恚崳?论效率图。１９我们看到达到ＳＱ效率７５％以上的电池分别为ＧａＡｓ、ｃ－Ｓｉ和镓铟磷??（ＧａｌｎＰ）。现在钙钛矿电池已经接近ＳＱ的７５％，但是仍然有很大的提升空间。??比如通过采用叠层技术，将不同带隙的电池进行叠加，拓宽叠层器件的总体吸光??范围，从而可以突破单结器件的ＳＱ理论效率极限。??＊?７００，．，．．，．???．．．．．丨Ｂ?３５，?，?ｉ?，?
低温、低成本、大面积制作等优点，近年来得到了研宄者的广泛关注，并取得了??飞跃式的进展，在现在的能源领域成为了一种明星材料。??图１．１．１．１〇？）是现在各种光伏器件的最高性能与其５１１０＃保迹蓿?ǎ蓿保蓿担担叮保保ǎ蓿ǎ玻├恚崳?论效率图。１９我们看到达到ＳＱ效率７５％以上的电池分别为ＧａＡｓ、ｃ－Ｓｉ和镓铟磷??（ＧａｌｎＰ）。现在钙钛矿电池已经接近ＳＱ的７５％，但是仍然有很大的提升空间。??比如通过采用叠层技术，将不同带隙的电池进行叠加，拓宽叠层器件的总体吸光??范围，从而可以突破单结器件的ＳＱ理论效率极限。??＊?７００，．，．．，．???．．．．．丨Ｂ?３５，?，?ｉ?，?
高效平面单结及叠层钙钛矿太阳能电池性能优化题组进一步将Ｓｎ－Ｐｂ混合钙钛矿电池效率突破１７％，并得到了认证。１６Ｘ通过在表面引入一层有机半导体材料，有效减少了电荷复合，并得到效３％。１２２Ｙａｎ课题组又通过卤素Ｃ１的掺杂，增加结晶性，减少缺陷态密度，??ｂ混合钙钛矿电池的效率推到１８．４％。图１．２．６．１是Ｓｎ－Ｐｂ混合钙钛矿电与开压损失发展图，其中红色代表倒置结构，蓝色代表正置结构。该图ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ衬底的反式结构窄带隙电池性能远远高于正置结构。开压着Ｓｎ－Ｐｂ混合钙钛矿带隙不同而变化，现在最小的开压损失约为０．３７?ｅＶａ２〇，???
本文编号：2838904
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：
低温、低成本、大面积制作等优点，近年来得到了研宄者的广泛关注，并取得了??飞跃式的进展，在现在的能源领域成为了一种明星材料。??图１．１．１．１〇？）是现在各种光伏器件的最高性能与其５１１０＃保迹蓿?ǎ蓿保蓿担担叮保保ǎ蓿ǎ玻├恚崳?论效率图。１９我们看到达到ＳＱ效率７５％以上的电池分别为ＧａＡｓ、ｃ－Ｓｉ和镓铟磷??（ＧａｌｎＰ）。现在钙钛矿电池已经接近ＳＱ的７５％，但是仍然有很大的提升空间。??比如通过采用叠层技术，将不同带隙的电池进行叠加，拓宽叠层器件的总体吸光??范围，从而可以突破单结器件的ＳＱ理论效率极限。??＊?７００，．，．．，．???．．．．．丨Ｂ?３５，?，?ｉ?，?
低温、低成本、大面积制作等优点，近年来得到了研宄者的广泛关注，并取得了??飞跃式的进展，在现在的能源领域成为了一种明星材料。??图１．１．１．１〇？）是现在各种光伏器件的最高性能与其５１１０＃保迹蓿?ǎ蓿保蓿担担叮保保ǎ蓿ǎ玻├恚崳?论效率图。１９我们看到达到ＳＱ效率７５％以上的电池分别为ＧａＡｓ、ｃ－Ｓｉ和镓铟磷??（ＧａｌｎＰ）。现在钙钛矿电池已经接近ＳＱ的７５％，但是仍然有很大的提升空间。??比如通过采用叠层技术，将不同带隙的电池进行叠加，拓宽叠层器件的总体吸光??范围，从而可以突破单结器件的ＳＱ理论效率极限。??＊?７００，．，．．，．???．．．．．丨Ｂ?３５，?，?ｉ?，?
高效平面单结及叠层钙钛矿太阳能电池性能优化题组进一步将Ｓｎ－Ｐｂ混合钙钛矿电池效率突破１７％，并得到了认证。１６Ｘ通过在表面引入一层有机半导体材料，有效减少了电荷复合，并得到效３％。１２２Ｙａｎ课题组又通过卤素Ｃ１的掺杂，增加结晶性，减少缺陷态密度，??ｂ混合钙钛矿电池的效率推到１８．４％。图１．２．６．１是Ｓｎ－Ｐｂ混合钙钛矿电与开压损失发展图，其中红色代表倒置结构，蓝色代表正置结构。该图ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ衬底的反式结构窄带隙电池性能远远高于正置结构。开压着Ｓｎ－Ｐｂ混合钙钛矿带隙不同而变化，现在最小的开压损失约为０．３７?ｅＶａ２〇，???
本文编号：2838904
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2838904.html
