多维微纳框架的载流子调控机理及钙钛矿光电特性研究
发布时间：2021-09-04 01:57
当前,有机-无机卤化铅钙钛矿太阳能电池（PSCs）已显示出巨大的进步。PSCs具有光电转化效率（PCE）高,成本低,制作工艺简单的优点。简单平面结构的PSCs已成为一种未来最具竞争力的下一代光伏器件。载流子传输层（CTL）包括了电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL）,其对于PSCs至关重要。在常规的正置结构PSCs中,HTL可以协助空穴提取,防止水和氧对于钙钛矿层的破坏,ETL可以有效传输电子,其良好的透光度有利于钙钛矿对光的吸收,在制备过程中,其亲水的表面可以使钙钛矿前体液更好的铺开。因此,构建良好的CTL有望有效地提升PSCs的光电转化效率（PCE）。Spiro-OMeTAD是一种常见的空穴传输材料（HTM）,但是这种材料在使用时需要掺杂多种氧化剂,且疏水性不好。本人开发了一种二维（2D）的六边形片状结构的铅（Pb）基金属有机骨架（Pb-MOF）,通过实验和模型分析,证明了该Pb-MOF与有机Spiro-OMeTAD层复合时,能够进行定向多维环绕的生长,从而形成多维微纳框架（SP-MOF）。与Spiro-OMeTAD HTL层相比,具有多维微纳框架的SP-MOF复合层具有更平滑...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同太阳能电池技术的效率图
第一章绪论4图1.2（a）正置和（b）倒置的PSCs的多层器件结构[10]。Figure1.2Multiplelayereddevicestructureofa)forwardandb)inversedPSCs.1.3钙钛矿吸光层钙钛矿太阳能电池以吸光矿物CaTiO3的晶体结构命名。许多具有ABX3化学计量的化合物都采用这种结构，其中A和B分别是12和8坐标阳离子，X是阴离子，钙钛矿的晶体结构如图1.3所示[11]。在许多ABX3结构的钙钛矿材料中，由于其具有高吸收系数，高载流子迁移率，长的电子-空穴扩散长度，可调的直接带隙和较长的电荷载流子寿命，使钙钛矿太阳能电池已成为研究最深入的光电器件之一。Mitzi等人首先在钙钛矿光电器件中使用含有卤化物铵阳离子和Sn2+的钙钛矿，这为开发太阳能电池钙钛矿奠定了基础[12]。最有效的卤化钙钛矿型太阳能吸收剂由有机铵离子（CH3NH3+或NH=CHNH3+），Pb2+和卤离子（I-，Br-）组成[11]。CH3NH3PbI3具有广泛而强烈的吸光性，它是双极性半导体（可以是n型或p型），并且其电荷载流子可以具有较长的扩散长度和寿命，从而为用其制成的太阳能电池提供出色PCE。钙钛矿吸光材料的另一个优点是低温溶液处理能力，这有助于降低制造成本。尽管已经制造了其他基于卤化钙钛矿材料的光电器件，例如激光器，光电探测器和发光二极管，但基于这些材料的太阳能电池是研究最广泛的器件。钙钛矿能够利用研究历史有20多年染料敏化电池和有机光伏电池的相关的开发能力。钙钛矿材料也有缺陷，首先，迄今为止，铅元素一直是所有高性能钙钛矿电池的主要成分，其次，如果暴露于湿气和紫外线辐射下，它们通常会发生降解。
安徽大学硕士学位论文5图1.3钙钛矿是晶体结构，它用于光伏器件时，大阳离子A通常是甲基铵离子（CH3NH3+），小阳离子B是Pb2+，阴离子X是卤素离子（通常为I-，但同时也包含Cl-和Br-）[11]。Figure1.3Perovskiteisacrystallinestructure.Forphotovoltaicallyinterestingperovskites,thelargecationAisusuallythemethylammoniumion(CH3NH3+),thesmallcationBisPbandtheanionXisahalogenion(usuallyI,butbothClandBrarealsoofinterest).1.4载流子传输层（CTL）1.4.1电子传输层（ETL）作为PSCs器件中重要的功能中间层，ETL发挥着重要作用。在正置平面结构的PSCs中，可通过改善ETL的光透射特性来改善钙钛矿层的光吸收特性，ETL可以选择性地传输电子并阻挡相邻钙钛矿层中的空穴，通过其半导体能级特性来调节器件中的电荷载流子[13]。此外，钙钛矿层的质量、结晶度以及光子激发的载流子的量受ETL影响，因为钙钛矿的晶体尺寸会受到下层ETL的疏水性的影响[14,15]。因此，为了获得高的PCE，ETL需要根据其材料和纳米结构进行优化，以实现高透光率，匹配的半导体带，合适的
本文编号：3382325
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同太阳能电池技术的效率图
第一章绪论4图1.2（a）正置和（b）倒置的PSCs的多层器件结构[10]。Figure1.2Multiplelayereddevicestructureofa)forwardandb)inversedPSCs.1.3钙钛矿吸光层钙钛矿太阳能电池以吸光矿物CaTiO3的晶体结构命名。许多具有ABX3化学计量的化合物都采用这种结构，其中A和B分别是12和8坐标阳离子，X是阴离子，钙钛矿的晶体结构如图1.3所示[11]。在许多ABX3结构的钙钛矿材料中，由于其具有高吸收系数，高载流子迁移率，长的电子-空穴扩散长度，可调的直接带隙和较长的电荷载流子寿命，使钙钛矿太阳能电池已成为研究最深入的光电器件之一。Mitzi等人首先在钙钛矿光电器件中使用含有卤化物铵阳离子和Sn2+的钙钛矿，这为开发太阳能电池钙钛矿奠定了基础[12]。最有效的卤化钙钛矿型太阳能吸收剂由有机铵离子（CH3NH3+或NH=CHNH3+），Pb2+和卤离子（I-，Br-）组成[11]。CH3NH3PbI3具有广泛而强烈的吸光性，它是双极性半导体（可以是n型或p型），并且其电荷载流子可以具有较长的扩散长度和寿命，从而为用其制成的太阳能电池提供出色PCE。钙钛矿吸光材料的另一个优点是低温溶液处理能力，这有助于降低制造成本。尽管已经制造了其他基于卤化钙钛矿材料的光电器件，例如激光器，光电探测器和发光二极管，但基于这些材料的太阳能电池是研究最广泛的器件。钙钛矿能够利用研究历史有20多年染料敏化电池和有机光伏电池的相关的开发能力。钙钛矿材料也有缺陷，首先，迄今为止，铅元素一直是所有高性能钙钛矿电池的主要成分，其次，如果暴露于湿气和紫外线辐射下，它们通常会发生降解。
安徽大学硕士学位论文5图1.3钙钛矿是晶体结构，它用于光伏器件时，大阳离子A通常是甲基铵离子（CH3NH3+），小阳离子B是Pb2+，阴离子X是卤素离子（通常为I-，但同时也包含Cl-和Br-）[11]。Figure1.3Perovskiteisacrystallinestructure.Forphotovoltaicallyinterestingperovskites,thelargecationAisusuallythemethylammoniumion(CH3NH3+),thesmallcationBisPbandtheanionXisahalogenion(usuallyI,butbothClandBrarealsoofinterest).1.4载流子传输层（CTL）1.4.1电子传输层（ETL）作为PSCs器件中重要的功能中间层，ETL发挥着重要作用。在正置平面结构的PSCs中，可通过改善ETL的光透射特性来改善钙钛矿层的光吸收特性，ETL可以选择性地传输电子并阻挡相邻钙钛矿层中的空穴，通过其半导体能级特性来调节器件中的电荷载流子[13]。此外，钙钛矿层的质量、结晶度以及光子激发的载流子的量受ETL影响，因为钙钛矿的晶体尺寸会受到下层ETL的疏水性的影响[14,15]。因此，为了获得高的PCE，ETL需要根据其材料和纳米结构进行优化，以实现高透光率，匹配的半导体带，合适的
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