基于简式结构的高效钙钛矿太阳能电池的制备

发布时间：2021-07-11 13:09

　　面对诸如“能源危机”和环境污染等重要问题,可再生能源的开发利用已成为当今人类的首要任务。太阳能作为一种“取之不尽,用之不竭”的清洁能源,一直以来都是科学研究的热点。而光伏技术作为一种高效利用太阳能的技术,是解决这些问题最有前景的替代方案。在过去的几十年间出现了许多光伏技术,而在这众多的光伏电池中,具有快速增长的能量转换效率（在不足10年内从3.8%增加到24.2%）、低成本和可溶液加工制备等优点的钙钛矿太阳能电池无疑是最有前景的。尽管包括钙钛矿的毒性和器件的长期稳定性等主要问题仍有待解决,但科学家已经开始研究钙钛矿太阳能电池商业化的可行性。钙钛矿太阳能电池的商业化需要满足高效率、低材料成本和简单的制造工艺等要求。为了满足这些要求,在保持高效率的同时对钙钛矿电池的器件结构进行简化至关重要。因此,本论文将主要围绕钙钛矿太阳能电池器件结构的简化展开研究,主要工作如下:（1）高效无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的制备可以极大地促进钙钛矿太阳能电池的商业化。然而,由于ITO/钙钛矿界面处能级的不匹配,直接去除空穴传输层通常会导致器件效率显著降低。为了解决这一问题,我们在ITO表面引入一层4,4’-环... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

NREL认证的太阳能电池的光电转换效率发展趋势图

图 1-2 钙钛矿材料的基本结构示意图太阳能电池工作原理太阳能电池由透明导电电极，电子传输层，光吸收层构成。在理想的情况下，当光从透明电极射入时，光身产生电子-空穴对。由于钙钛矿材料的激子束缚能的扩散距离较长(>100 nm)，因此产生的电子-空穴对会和空穴[15,16]。这些自由移动的电子和空穴分别经由电，最终被金属电极或透明电极收集，形成电流回路。往还会出现一些载流子的自身复合过程，主要包括钙、电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电层的空穴的复合（钙钛矿层不致密的情况）、钙钛矿穴的可逆复合这四种情况[17]。图 1-3 的示意图给出了工作过程，其中 1-7 分别表示：(1)电子-空穴对的产生的输运过程；(3)空穴传输层对空穴的输运过程；(4)钙过程；(5)电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的复合过

图 1-3 钙钛矿太阳能电池工作原理示意图钙钛矿太阳能电池器件基本结构钛矿太阳能电池根据有无介孔层可以分为介孔结构和平面结构，根据电(ETL)和空穴传输层(HTL)的位置可以分为正式结构(n-i-p)和反式结18-20]。其中应用最普遍的钙钛矿太阳能电池器件结构有三种，相对应的器意图如图 1-4 所示[20]。)正式介孔结构：式介孔结构是钙钛矿太阳能电池最早采用的器件结构，这种结构的特点电子传输层和钙钛矿层之间加入一层高温烧结的介孔层，介孔层的材料l2O3和 TiO2。采用介孔结构可以增加钙钛矿层和电子传输层的接触面积高钙钛矿电池载流子的传输效率，得到高效的钙钛矿电池。这种结构器优点是电池效率高，目前钙钛矿电池国际认证的最高效率就是采用这种的。但是介孔结构的制备需要高温(>500oC)烧结步骤，导致无法采用柔备柔性钙钛矿电池。而钙钛矿电池未来的产业化是需要利用卷对卷技术大面积柔性电池，无法满足这种生产要求的介孔结构器件在不久的将来


本文编号：3278156