高性能钙钛矿太阳能电池的界面修饰与制备方法研究
发布时间：2021-04-07 16:49
有机无机杂化钙钛矿太阳能电池是近年来发展迅速的一类新型太阳能电池,其具有光电转换效率高、生产成本低、耗能低、可湿法制备等优点。对于该类电池,其核心材料如电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层的选取和制备,对电池性能有决定性的影响。另外,电池的界面性质也严重影响电池的性能。本研究着重探索了电子传输层材料、钙钛矿吸光层材料的选择与制备方法及其对电池器件光伏性能的影响,并对影响机制进行了探讨;同时开展了电子传输层/钙钛矿吸光层界面的修饰方法研究,对修饰后电池器件的光伏性能进行了测试,并就界面修饰对光电性能的影响机理做了探究。主要研究成果如下:（1）在碘化铅薄膜与甲胺碘粉末接触反应生成钙钛矿薄膜的过程当中引入二甲亚砜（DMSO）溶剂,能够诱导钙钛矿薄膜晶粒长大、薄膜表面平整连续。实验优化结果表明,在15μL DMSO（腔体容积500 mL）形成的蒸汽气氛中生长的钙钛矿薄膜晶粒粒径,由没有DMSO蒸汽气氛的300 nm增加到至少1200 nm,表面更平整。制备的钙钛矿器件的光电转化效率（PCE）由11%提高到了14.33%。（2）三氨丙基3-甲氧基硅烷（APMS）水解产物对电子传输层/钙钛矿吸光层...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全世界生产能源组成对比图
太阳能电池根据吸光材料的不同可分为：晶体硅太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池（包括染料敏化太阳电池）[6]。无机太阳能电池效率高、稳定性好，但造价高昂、工艺复杂，能源收回时间长[7]。有机太阳能电池价格低廉、柔韧性好、制备简单，但有机材料多为无定形态、结晶度低，光谱响应范围窄、不易形成自由载流子，效率不高[8]。染料敏化太阳能电池的液体电解质具有腐蚀性，具有难封装、稳定性差、寿命短等缺陷[9]。为了克服现有太阳能电池的缺点，研究人员期望研制出一种可以通过低温溶液法制备的全固态太阳能电池，综合无机-有机薄膜技术以及染料敏化技术的新型太阳能电池——钙钛矿结构有机金属卤化物太阳能电池，即是其中的一种全固态太阳能电池[10]。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池兼具太阳能电池的大部分优势，包括广泛的吸收光谱、低跃迁能量、高载流子迁移率、长载流子扩散距离、易调谐的能带结构，具有转化效率高、价格低、易组装等特点。在过去几年中，钙钛矿太阳能电池的能量转化效率从 3.8%增长到了超过 22.1%[11]。各种不同太阳能电池的效率增长趋势如下图 1-2 所示。
图 1-3 (a) 立方相钙钛矿的晶体结构示意图，(b)A 位阳离子的十二配位结构，(c) <100>杂化钙钛矿材料结构示意图[18]g. 1-3 (a) Crystal structure of cubic perovskite of general formula ABX3; (b) twelve-fold coordinaof the A-site cation; (c) the <100> oriented hybrid perovskite series with the general formula(RNH3)2An-1MnX3n+1效率普遍比较低，多为 10%以下。第四，载流子扩散速度快，扩散距离长[3NH3PbI3中，电子和空穴迁移率分别可以达到 7.5 cm2V-1s-1和 12.5 cm2V-1s-1[3NH3PbI3薄膜中电子和空穴的扩散长度可达到 100 nm，掺杂氯之后其扩散长达到 1 微米，在 CH3NH3PbI3晶体中载流子的扩散长度可大于 100 微米[21]，远子在有机半导体中的扩散长度。第五，吸收光谱范围大，且吸收系数高[23NH3PbI3的禁带宽度为 1.55 eV，且在整个紫外可见区域都有较好的光吸收。此外，可以通过调控有机无机杂化钙钛矿材料的结构组成改变其物理化学性质
【参考文献】：
期刊论文
[1]A hole-conductor-free,fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability[J]. Science Foundation in China. 2014(02)
[2]环境污染、能源消费与经济增长[J]. 张宝山,袁晓玲,张小妮. 科学决策. 2012(11)
本文编号：3123829
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全世界生产能源组成对比图
太阳能电池根据吸光材料的不同可分为：晶体硅太阳能电池、无机化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池（包括染料敏化太阳电池）[6]。无机太阳能电池效率高、稳定性好，但造价高昂、工艺复杂，能源收回时间长[7]。有机太阳能电池价格低廉、柔韧性好、制备简单，但有机材料多为无定形态、结晶度低，光谱响应范围窄、不易形成自由载流子，效率不高[8]。染料敏化太阳能电池的液体电解质具有腐蚀性，具有难封装、稳定性差、寿命短等缺陷[9]。为了克服现有太阳能电池的缺点，研究人员期望研制出一种可以通过低温溶液法制备的全固态太阳能电池，综合无机-有机薄膜技术以及染料敏化技术的新型太阳能电池——钙钛矿结构有机金属卤化物太阳能电池，即是其中的一种全固态太阳能电池[10]。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池兼具太阳能电池的大部分优势，包括广泛的吸收光谱、低跃迁能量、高载流子迁移率、长载流子扩散距离、易调谐的能带结构，具有转化效率高、价格低、易组装等特点。在过去几年中，钙钛矿太阳能电池的能量转化效率从 3.8%增长到了超过 22.1%[11]。各种不同太阳能电池的效率增长趋势如下图 1-2 所示。
图 1-3 (a) 立方相钙钛矿的晶体结构示意图，(b)A 位阳离子的十二配位结构，(c) <100>杂化钙钛矿材料结构示意图[18]g. 1-3 (a) Crystal structure of cubic perovskite of general formula ABX3; (b) twelve-fold coordinaof the A-site cation; (c) the <100> oriented hybrid perovskite series with the general formula(RNH3)2An-1MnX3n+1效率普遍比较低，多为 10%以下。第四，载流子扩散速度快，扩散距离长[3NH3PbI3中，电子和空穴迁移率分别可以达到 7.5 cm2V-1s-1和 12.5 cm2V-1s-1[3NH3PbI3薄膜中电子和空穴的扩散长度可达到 100 nm，掺杂氯之后其扩散长达到 1 微米，在 CH3NH3PbI3晶体中载流子的扩散长度可大于 100 微米[21]，远子在有机半导体中的扩散长度。第五，吸收光谱范围大，且吸收系数高[23NH3PbI3的禁带宽度为 1.55 eV，且在整个紫外可见区域都有较好的光吸收。此外，可以通过调控有机无机杂化钙钛矿材料的结构组成改变其物理化学性质
【参考文献】：
期刊论文
[1]A hole-conductor-free,fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability[J]. Science Foundation in China. 2014(02)
[2]环境污染、能源消费与经济增长[J]. 张宝山,袁晓玲,张小妮. 科学决策. 2012(11)
本文编号：3123829
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