光场管理原理及在聚合物基倒置钙钛矿电池中的应用
发布时间：2021-10-21 03:57
有机-无机杂化钙钛矿材料是本世纪初人类探寻到的第一种具有极高光吸收系数,理想且可调的禁带宽度,仅需要几百纳米即可将光照全部吸收的光电材料。同时由于其载流子迁移率高、扩散长度长,杂质容忍度远高于其他半导体材料等一系列优异的半导体特性。以钙钛矿材料为吸收层的太阳能电池在十年左右的发展中,实验室光电转换效率已经从3.8%跃变到25%以上。以三明治堆垛为基本结构的钙钛矿太阳能电池已成为本世纪受全世界关注的明星材料之一。目前,以金属氧化物（TiO2、SnO2）电子传输层为基底的正置结构由于制备工艺复杂,需要高温退火,氧掺杂,不能用于柔性器件,且器件迟滞,紫外稳定性均较差等因素影响,正置结构产业化将面对巨大的挑战。相较而言,以导电聚合物（PEDOT:PSS、PTAA）空穴传输层为基底的倒置结构满足制备简单,不需掺杂,可用于柔性器件,无迟滞等固有优势,是产业化的理想结构。然而,倒置器件的实验室光电转换效率相对较低。据报道,同样制备工艺获取的钙钛矿吸收层,最终器件开路电压和填充因子基本相同,短路电流相差较大。由钙钛矿太阳能电池器件工作基本原理,短路电流受光吸...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NERL太阳能电池认证效率（2020年1月）[3]
第一章绪论3NERL各种太阳能电池认证效率与认证时间的对应关系图。从2009年至今[5]，以有机无机杂化钙钛矿太阳能电池为代表的这类电池均受到广泛关注。钙钛矿太阳能电池经历十年的发展，光电转换效率增长最为明显，现已超过25%。成为新型薄膜太阳能电池最具潜力的电池之一。1.2.2太阳能电池基本工作原理太阳能电池在太空以及地球上的应用均非常广泛，是由光能转换为电能的主要装置。能提供低成本而近乎永恒的动力，且几乎没有污染。太阳能电池能量来源于太阳核聚变的电磁辐射，电磁波波长涵盖了紫外光区至红外光区（200~4000nm）。如图1.2所示，人们将位于地球围绕太阳轨道的平均距离处的太阳辐射的强度定义为太阳常数，约为1367W/m2。由于大气的吸收和散射，太阳光到达地面被削弱的程度由穿过大气的行程和空气质量相关，因此将“空气质量(airmass)”定义为1/cosφ，其中φ是球面法线与太阳方位的夹角。则AM0即是地球附近大气外界太阳辐射，将AM1.5太阳位于48°夹角的太阳辐射认定地球表面的标准太阳辐射。在该条件下，入射光功率约为963W/m2。[4,6]图1.2AM0与AM1.5波长与能量的谱图Figure1.2WavelengthandenergyspectrumofAM0andAM1.5太阳能电池的基本工作原理可用典型的p-n结来描述[6-8]。图1.3a所示，太阳
西南大学硕士学位论文4辐射下p-n结能带示意图[9]。当电池暴露于太阳光谱时，能量小于禁带宽度Eg的光子不能激发基态电子完成跃迁，相反，仅有能量大于Eg的光子能够被电子吸收，多余的能量将会以声子的形式消耗掉。被激发到导带EC中的电子与在价带EV中的空穴打破了热平衡态下的p-n结，空间电荷区附近的电子和空穴对扩散形成内建电场，在该电场的作用下形成正负电荷的相向而行的定向移动，最终产生一个与内建电场相反的电场[6]。在外电路开路的情况下，漂移电流形成反向电场与内建电场相等，即光生电流与结电流相抵消时，在p-n结两端形成恒定电势差-即电池的开路电压，当外电路短路时，即是短路电流。图1.3(a)p-n结太阳能电池在光照下能带示意图，(b)太阳能电池的理想化等效电路图Figure1.2(a)Theenergybanddiagramofsolarcellsfromtheoryofthep-njunctioninlightand(b)idealizedequivalentcircuitdiagramofsolarcell太阳能电池的理想化等效电路图如图1.3b所示，在正常工作状态下，电池器件由恒定电流源与p-n结以及结电容C三个基本单元并联后再与电池内阻Rs串联构成。器件理想I-V特性满足以下关系：=[exp()1]1.1式中，I是干路电流强度。IS为二极管反向饱和电流，IL是太阳辐在器件上产生的光生电流密度，q为电荷量，k为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度。当干路电流I=0时，可以推出开路电压VOC与短路电流密度IL和反向饱和电流IS三者之间的关系式，如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tailored PEDOT:PSS hole transport layer for higher performance in perovskite solar cells: Enhancement of electrical and optical properties with improved morphology[J]. Khan Mamun Reza,Ashim Gurung,Behzad Bahrami,Sally Mabrouk,Hytham Elbohy,Rajesh Pathak,Ke Chen,Ashraful Haider Chowdhury,Md Tawabur Rahman,Steven Letourneau,Hao-Cheng Yang,Gopalan Saianand,Jeffrey W.Elam,Seth B.Darling,Qiquan Qiao. Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
[2]Efficient and Air-Stable Planar Perovskite Solar Cells Formed on Graphene-Oxide-Modified PEDOT:PSS Hole Transport Layer[J]. Hui Luo,Xuanhuai Lin,Xian Hou,Likun Pan,Sumei Huang,Xiaohong Chen. Nano-Micro Letters. 2017(04)
本文编号：3448192
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NERL太阳能电池认证效率（2020年1月）[3]
第一章绪论3NERL各种太阳能电池认证效率与认证时间的对应关系图。从2009年至今[5]，以有机无机杂化钙钛矿太阳能电池为代表的这类电池均受到广泛关注。钙钛矿太阳能电池经历十年的发展，光电转换效率增长最为明显，现已超过25%。成为新型薄膜太阳能电池最具潜力的电池之一。1.2.2太阳能电池基本工作原理太阳能电池在太空以及地球上的应用均非常广泛，是由光能转换为电能的主要装置。能提供低成本而近乎永恒的动力，且几乎没有污染。太阳能电池能量来源于太阳核聚变的电磁辐射，电磁波波长涵盖了紫外光区至红外光区（200~4000nm）。如图1.2所示，人们将位于地球围绕太阳轨道的平均距离处的太阳辐射的强度定义为太阳常数，约为1367W/m2。由于大气的吸收和散射，太阳光到达地面被削弱的程度由穿过大气的行程和空气质量相关，因此将“空气质量(airmass)”定义为1/cosφ，其中φ是球面法线与太阳方位的夹角。则AM0即是地球附近大气外界太阳辐射，将AM1.5太阳位于48°夹角的太阳辐射认定地球表面的标准太阳辐射。在该条件下，入射光功率约为963W/m2。[4,6]图1.2AM0与AM1.5波长与能量的谱图Figure1.2WavelengthandenergyspectrumofAM0andAM1.5太阳能电池的基本工作原理可用典型的p-n结来描述[6-8]。图1.3a所示，太阳
西南大学硕士学位论文4辐射下p-n结能带示意图[9]。当电池暴露于太阳光谱时，能量小于禁带宽度Eg的光子不能激发基态电子完成跃迁，相反，仅有能量大于Eg的光子能够被电子吸收，多余的能量将会以声子的形式消耗掉。被激发到导带EC中的电子与在价带EV中的空穴打破了热平衡态下的p-n结，空间电荷区附近的电子和空穴对扩散形成内建电场，在该电场的作用下形成正负电荷的相向而行的定向移动，最终产生一个与内建电场相反的电场[6]。在外电路开路的情况下，漂移电流形成反向电场与内建电场相等，即光生电流与结电流相抵消时，在p-n结两端形成恒定电势差-即电池的开路电压，当外电路短路时，即是短路电流。图1.3(a)p-n结太阳能电池在光照下能带示意图，(b)太阳能电池的理想化等效电路图Figure1.2(a)Theenergybanddiagramofsolarcellsfromtheoryofthep-njunctioninlightand(b)idealizedequivalentcircuitdiagramofsolarcell太阳能电池的理想化等效电路图如图1.3b所示，在正常工作状态下，电池器件由恒定电流源与p-n结以及结电容C三个基本单元并联后再与电池内阻Rs串联构成。器件理想I-V特性满足以下关系：=[exp()1]1.1式中，I是干路电流强度。IS为二极管反向饱和电流，IL是太阳辐在器件上产生的光生电流密度，q为电荷量，k为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度。当干路电流I=0时，可以推出开路电压VOC与短路电流密度IL和反向饱和电流IS三者之间的关系式，如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tailored PEDOT:PSS hole transport layer for higher performance in perovskite solar cells: Enhancement of electrical and optical properties with improved morphology[J]. Khan Mamun Reza,Ashim Gurung,Behzad Bahrami,Sally Mabrouk,Hytham Elbohy,Rajesh Pathak,Ke Chen,Ashraful Haider Chowdhury,Md Tawabur Rahman,Steven Letourneau,Hao-Cheng Yang,Gopalan Saianand,Jeffrey W.Elam,Seth B.Darling,Qiquan Qiao. Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
[2]Efficient and Air-Stable Planar Perovskite Solar Cells Formed on Graphene-Oxide-Modified PEDOT:PSS Hole Transport Layer[J]. Hui Luo,Xuanhuai Lin,Xian Hou,Likun Pan,Sumei Huang,Xiaohong Chen. Nano-Micro Letters. 2017(04)
本文编号：3448192
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