钙钛矿太阳电池中电极界面层的研究

发布时间：2021-04-08 10:17

　　近年来,新型钙钛矿太阳电池取得了快速的发展,光电转换效率从初始的3.8%迅速提高到了20%以上,与商业化多年的硅基太阳电池效率相当。因此,钙钛矿太阳电池被认为是最具有商业化潜力的新型太阳电池之一。在钙钛矿太阳电池中,电子传输层作为透明电极和钙钛矿之间的界面层,具有收集电子,传输电子,抑制电子—空穴复合等作用。故电子传输层的性能在一定程度上影响着钙钛矿太阳电池的性能。另一方面,在保证光电转换效率的基础上,降低成本,提高稳定性逐渐成为钙钛矿太阳电池的发展方向。在本文中,我们以钙钛矿太阳电池为研究对象,重点研究了钙钛矿层和电极之间的界面接触对器件性能的影响。通过对TiO₂电子传输层掺杂不同粒径的TiO₂纳米颗粒,研究了粒径不同对平面结构钙钛矿太阳电池的性能的影响;另一方面,通过开发一种低温碳浆料来制作钙钛矿太阳电池的背电极,研究了碳电极与钙钛矿层之间的界面接触问题,从而得到更稳定的钙钛矿太阳电池。主要内容如下:1.具有平面结构的钙钛矿太阳电池以其简单的器件结构和小的迟滞效应而受到人们的青睐。与传统的介孔结构的器件相比,平面结构器件没有TiO

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

钙钛矿太阳电池结构示意图

图 3.1 (a)、（b）、（c）和（d）表示为不含纳米颗粒和加入纳米颗粒尺寸分别为 25nm、60nm 和 100nm 的 TiO2层的表面形貌，图中标尺为 200nm图 3.1 分别显示了不含 TiO2纳米颗粒的电子传输层和加入不同粒径 TiO2纳米颗粒的电子传输层的 SEM 图。对于图 3.1（a）中没有加入纳米颗粒的 TiO2层，表面保留了 FTO 层的形态，TiO2层均匀地覆盖在 FTO 层的表面[52]。通过往前驱溶液中加入 25nm TiO2纳米颗粒，TiO2层的表面粗糙度增加，如图 3.1（b）所示。粗糙表面表明了 TiO2层包含了这些纳米颗粒。对于掺杂 60nm 的 TiO2层，FTO 层的形态仍然大部分保留（图 3.1（c））。然而，掺杂了 100nm 的 TiO2层中出现了大颗粒团簇（图 3.1（d））。在图 3.1 中，TiO2层的表面粗糙度随着纳米颗粒尺寸的增加而连续增加。

图 3.2 (a)、（b）、（c）和（d）MAPbl3层在不含纳米颗粒和加入纳米颗粒尺寸分别为 25nm、60nm 和 100nm 的 TiO2层上的表面形貌，图中标尺为 500nm如图 3.2 所示，在这些不同的 TiO2层上沉积 MAPbI3层后，我们测量了钙钛矿层的表面形貌。这些 MAPbI3膜致密无孔，不过 MAPbI3晶粒的尺寸明显不同。对于沉积在没有纳米颗粒的 TiO2致密层上的 MAPbI3层，MAPbI3颗粒的平均尺寸为约 257nm（图 3.2（a））。通过将 25nm 纳米颗粒加入 TiO2致密层中，MAPbI3晶粒的平均尺寸增加到 311nm（图 3.2（b））。随后，分别将 60nm 和 100nm 纳米颗粒掺入到 TiO2致密层中，相应的 MAPbI3晶粒平均尺寸分别增加到 371nm和 381nm（图 3.2（c）和 3.2（d））。由此可知，在 TiO2致密层中加入 TiO2纳米颗粒可以改善 MAPbI3晶粒的生长。


本文编号：3125365