钙钛矿电池光功能层的形貌调控
发布时间：2021-04-14 04:01
有机/无机杂化钙钛矿材料具有较高的吸收系数、较长的载流子扩散长度,可以调节的带隙,可在低温下溶液法制备等优点,成为太阳能电池、电致发光及光电探测器等光电器件的研究热点。但是在大晶粒、高质量薄膜制备等方面上仍然相当困难,薄膜结晶机理研究仍然较少。本文针对钙钛矿材料存在的这些问题,研究了钙钛矿薄膜的后处理和大有机离子卤化物掺杂对钙钛矿形貌和结晶的影响,探讨了制备高质量钙钛矿薄膜的方法,以及改善的薄膜质量对太阳能电池器件性能的提高。本文的主要研究内容如下:（1）利用MASCN溶液后处理MAPbI3薄膜,改善薄膜结晶尺寸,提高电池的性能。采用MASCN溶液后处理MAPbI3薄膜,制备出结晶颗粒大小在1μm,结晶性较好的薄膜。优化了 MASCN溶液的浓度,当MASCN溶液浓度为4mg ml-1时,得到的薄膜结晶颗粒均匀,致密性良好,结晶好的MAPbI3薄膜。MASCN溶液后处理可以减少薄膜表面和内部的缺陷,提高载流子的提取效率,将钙钛矿电池的效率从14.29%提高到17.83%,同还可以有效地减小J-V滞后效应。（2）制备了大晶粒的2D/3D复合钙钛矿薄膜,有效减少了薄膜内部的缺陷,消除了器件的...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２碲化镉、砷化镓和铜铟镓硒化物薄膜太阳能电池结构示意图［８］
??二：??图１－２碲化镉、砷化镓和铜铟镓硒化物薄膜太阳能电池结构示意图［８］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＧａＡｓ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ?（ａ），?ＣＩＧＳ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ?（ｂ），?ＣｄＴｅ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ?（ｃ）［８１．??碲化镉是直接带隙半导体材料，禁带宽度为１．４５?ｅＶ，光谱吸收范围比较宽，??材料对温度变化不敏感，具有较好的环境稳定性。经过不断的发展，碲化镉薄膜电??池的效率不断提高，目前这类电池的光电转换效率达到了２２．１％［６』，具有很好的应??用前景。但是由于Ｃｄ材料对环境有害，而且Ｔｅ元素是稀有元素，含量稀少，限制了??其在市场的应用。ＧａＡｓ薄膜的禁带宽度为１．４２?ｅＶ，拥有很强的光吸收谱，较高的??电子迁移率，并可以通过气相沉积等方法制备，能量转换效率也比较高，ＮＲＥＬ认??证的能量转换效率达到了２７．８％［６］
Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｕｂｉｃ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ＡＢＸ３［１４］．??钙钛矿材料通常是具有立方体结构的ＡＢＸ３，最早被发现的钙钛矿材料是??ＣａＴｉＣｂ，这一结构是根据俄罗斯的地质学家Ｌ．Ａ．Ｐｅｒｏｖｓｋｉ命名的。从图１－４中可以??看出，在ＡＢＸ３结构中，Ａ代表１价有机阳离子，位于立方晶体结构的八个顶角，??Ｂ为２价金属离子，位于体心，Ｘ—种卤族元素（Ｉ、Ｃ１或者Ｂｒ），位于六个面心，??保持系统的电中性。其中Ａ的离子半径大小必须能够填充到钙钛矿结构中，即Ａ??必须可以填充到ＢＸ６的八面体结构框架中［３２］。通常Ａ材料选用ＭＡ、ＦＡ??Ｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ（ＥＡ）和Ｃｓ＋等，这些半径较小的有机阳离子，Ｂ选用Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋或??Ｇｅ２＋。钙钛矿结构是否稳定是由离子之间的距离决定的，不同的离子组成钙钛矿??ＡＢＸ３所形成的结构的概率和晶体稳定性可以通过容忍因子ｔ和八面体因子ｇ来确??定［３３】。容忍因子ｔ定义为Ａ和Ｘ之间的距离与Ｂ和Ｘ之间的距离比值，可由下面??公式来表示，通过ｔ的值可以确定钙钛矿结构的稳定性。??⑴）??其中Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｘ分别代表Ａ、Ｂ、Ｘ离子的半径
本文编号：3136617
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２碲化镉、砷化镓和铜铟镓硒化物薄膜太阳能电池结构示意图［８］
??二：??图１－２碲化镉、砷化镓和铜铟镓硒化物薄膜太阳能电池结构示意图［８］。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２．?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＧａＡｓ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ?（ａ），?ＣＩＧＳ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ?（ｂ），?ＣｄＴｅ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌｓ?（ｃ）［８１．??碲化镉是直接带隙半导体材料，禁带宽度为１．４５?ｅＶ，光谱吸收范围比较宽，??材料对温度变化不敏感，具有较好的环境稳定性。经过不断的发展，碲化镉薄膜电??池的效率不断提高，目前这类电池的光电转换效率达到了２２．１％［６』，具有很好的应??用前景。但是由于Ｃｄ材料对环境有害，而且Ｔｅ元素是稀有元素，含量稀少，限制了??其在市场的应用。ＧａＡｓ薄膜的禁带宽度为１．４２?ｅＶ，拥有很强的光吸收谱，较高的??电子迁移率，并可以通过气相沉积等方法制备，能量转换效率也比较高，ＮＲＥＬ认??证的能量转换效率达到了２７．８％［６］
Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｕｂｉｃ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ＡＢＸ３［１４］．??钙钛矿材料通常是具有立方体结构的ＡＢＸ３，最早被发现的钙钛矿材料是??ＣａＴｉＣｂ，这一结构是根据俄罗斯的地质学家Ｌ．Ａ．Ｐｅｒｏｖｓｋｉ命名的。从图１－４中可以??看出，在ＡＢＸ３结构中，Ａ代表１价有机阳离子，位于立方晶体结构的八个顶角，??Ｂ为２价金属离子，位于体心，Ｘ—种卤族元素（Ｉ、Ｃ１或者Ｂｒ），位于六个面心，??保持系统的电中性。其中Ａ的离子半径大小必须能够填充到钙钛矿结构中，即Ａ??必须可以填充到ＢＸ６的八面体结构框架中［３２］。通常Ａ材料选用ＭＡ、ＦＡ??Ｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ（ＥＡ）和Ｃｓ＋等，这些半径较小的有机阳离子，Ｂ选用Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋或??Ｇｅ２＋。钙钛矿结构是否稳定是由离子之间的距离决定的，不同的离子组成钙钛矿??ＡＢＸ３所形成的结构的概率和晶体稳定性可以通过容忍因子ｔ和八面体因子ｇ来确??定［３３】。容忍因子ｔ定义为Ａ和Ｘ之间的距离与Ｂ和Ｘ之间的距离比值，可由下面??公式来表示，通过ｔ的值可以确定钙钛矿结构的稳定性。??⑴）??其中Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｘ分别代表Ａ、Ｂ、Ｘ离子的半径
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