基于纳米多孔金背电极的无空穴传输层型钙钛矿太阳电池的研究

发布时间：2017-04-05 20:04

  本文关键词：基于纳米多孔金背电极的无空穴传输层型钙钛矿太阳电池的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：有机无机杂化钙钛矿型化合物CH3NH3PbI3/CH3NH3PbBr3在2009年首次被引入到太阳电池中,基于这类功能材料的钙钛矿太阳电池(Perovskite solar cell,PSC)的光电转换效率迅速提升到目前的22.1%。这得益于以CH3NH3PbI3为代表的关键材料的优良材料物理特性,如其为直接带隙半导体,带隙宽度为1.5eV,光谱吸收范围从300nm-800nm,具有高的光吸收系数。该材料还具有电荷传输的双极性,而且材料的载流子迁移率高、扩散长度长。有关钙钛矿太阳电池的研究是近年来新型光伏材料、物理、器件研究的热点之一大多数的高效钙钛矿太阳电池都需要使用空穴传输材料,如spiro-MeOTAD、P3HT等,这类材料通常比较昂贵,提高了器件的成本。而且有空穴传输层的器件结构相对复杂,对器件的稳定性也不利。人们认识到无空穴传输成型钙钛矿太阳电池可以较好的解决这一问题。由于电池中没有空穴传输层,光生空穴需要直接从CH3NH3PbI3功能层传输到背电极,这就要求背电极不但要具有良好的导电性,而且其材料的功函数必须与CH3NH3PbI3的价带匹配。目前符合要求的主要有碳材料和金。虽然碳材料作为背电极是不错的选择,然而其较弱的导电性通常需要增加电极的厚度来解决,不利于器件的集成性的提高。在本研究工作中,我们利用纳米多孔金作为无空穴传输层型钙钛矿太阳电池的背电极,设计了一种特殊的器件结构,将CH3NH3PbI3直接填充到介孔层和纳米多孔金的孔隙中,这种结构降低了高性能电池对钙钛矿功能层形貌、质量的苛刻要求。我们使用一步旋涂法、连续沉积法和两步旋涂法分别制备钙钛矿功能层,将CH3NH3PbI3填充到孔隙结构中。研究了不同方法制备的CH3NH3PbI3的填充效果和结晶性及其对器件光电转换性能的影响。我们发现CH3NH3PbI3的填充效果是影响器件光电转换性能的最主要的因素。两步旋涂法制备的填充效果最好,其器件光电转换效率达到7.99%。同时,我们研究了介孔A1203层对器件性能的影响以及器件的迟滞现象。本研究工作提出了一个新的可用于无空穴传输层型钙钛矿太阳电池的背电极材料。
【关键词】：纳米多孔金 背电极 无空穴传输层型 钙钛矿太阳电池
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646;TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 钙钛矿太阳电池简介9-15
• 1.1.1 有机无机杂化钙钛矿型化合物CH_3NH_3PbX_3的结构及物理性质10-12
• 1.1.2 钙钛矿太阳电池的工作原理12-14
• 1.1.3 钙钛矿太阳电池的研究热点与难点14-15
• 1.2 钙钛矿太阳电池的器件结构15-19
• 1.2.1 钙钛矿太阳电池器件结构的发展15-16
• 1.2.2 常规结构钙钛矿太阳电池16-18
• 1.2.3 非常规结构的钙钛矿太阳电池18-19
• 1.3 钙钛矿太阳电池中钙钛矿功能层的制备方法19-23
• 1.3.1 溶液法20-22
• 1.3.2 气相法22-23
• 1.3.3 气相辅助溶液法23
• 1.4 纳米多孔金简介23-24
• 1.5 本论文的选题依据和意义24-27
• 第二章 钙钛矿太阳电池的制备与表征27-37
• 2.1 实验材料27-28
• 2.2 实验过程28-30
• 2.2.1 原料合成28
• 2.2.2 器件制备28-30
• 2.3 表征测试30-37
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)分析30-31
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)表征31-32
• 2.3.3 聚焦离子束(FIB)样品加工32-34
• 2.3.4 太阳电池J-V性能测试34-37
• 第三章 制备方法对基于纳米多孔金背电极的无空穴传输层型钙钛矿太阳电池的影响37-55
• 3.1 基于纳米多孔金背电极的无空穴传输层型钙钛矿太阳电池的结构设计37-40
• 3.2 不同制备方法对CH_3NH_3PbI_3的结晶性和形貌的影响40-45
• 3.2.1 XRD表征与讨论40-42
• 3.2.2 SEM表征与讨论42-45
• 3.3 不同制备方法对器件性能的影响45-51
• 3.3.1 器件性能测试46-48
• 3.3.2 器件迟滞现象测试与分析48-50
• 3.3.3 器件的可重复性表征50-51
• 3.4 结晶性和形貌与器件性能的关系51
• 3.5 改善制备方法的尝试51-55
• 第四章 总结与展望55-56
• 参考文献56-61
• 攻读硕士学位期间获得的学术成果和奖励61-62
• 致谢62-64

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 沈海军,付光炬;几种二胺类分子空穴传输特性的量子化学分析[J];感光科学与光化学;2005年06期

2 密保秀;王海珊;高志强;王旭鹏;陈润锋;黄维;;小分子有机电致发光器件和材料的研究及应用[J];化学进展;2011年01期

3 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 苏忠民;耿允;吴水星;高洪泽;杨国春;;理论探讨‘风筝’型分子具有好的空穴传输性能的原因[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年

2 冯丽恒;别红彦;张彩红;陈兆斌;;含空穴传输和电子注入基的发光化合物的制备[A];第三届全国有机化学学术会议论文集（上册）[C];2004年

3 韩立志;谢敏;杜曼;陆婉婷;刘艳玲;;咔唑类衍生物T_2C空穴传输性能的理论研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第15分会：理论化学方法和应用[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 黄锦海;基于蒽的有机电致发光材料的合成和性能研究[D];华东理工大学;2011年

2 谭华;含芳胺或吡咯并吡咯二酮的聚合物合成及光电性能研究[D];湘潭大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 袁建栋;吲哚[3,2-b]咔唑化合物的合成及其应用[D];山西大学;2015年

2 周小新;基于纳米多孔金背电极的无空穴传输层型钙钛矿太阳电池的研究[D];南京大学;2016年

3 丁宁;基于二氨基螺双芴结构的有机光电功能材料:(Ⅰ)手性螺二胺的合成及对L-苯丙氨酸的识别应用:(Ⅱ)具有空穴传输性能的电致发光材料[D];上海师范大学;2015年

4 杨中锋;两类新型有机分子在有机电致发光器件中的应用[D];吉林大学;2009年

5 邓静;基于聚合物的有机电致发光器件的研究[D];电子科技大学;2008年

6 张莹;菲并咪唑衍生物的设计、合成、表征及其在有机电致发光器件中的应用[D];汕头大学;2011年

7 张正垠;含D-π-A结构的有机发光材料的合成及性能研究[D];苏州科技学院;2014年

  本文关键词：基于纳米多孔金背电极的无空穴传输层型钙钛矿太阳电池的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：287589